2.6. Магнитные свойства вещества

Для парамагнетика совокупность атомов, составляющих любое газообразное, жидкое или твердое тело может быть представлена как множество разо­риентированных вследствие теплового движения магнитных момен­тов: на рис.

Магнитные моменты отдельных атомов могут получить преимущественную ориентацию при наложении внешнего магнитного поля . Ориентации будет пре­пятствовать хаотичное тепловое движение. В результате может получиться картина, изображенная на рис. 2.17, где магнитные моменты атомов не все ориентированы по полю, а частично разбросаны. Суммирование векторов в этом случае уже не даёт нулевой ре­зультат. Суммарный магнитный момент будет направлен вдоль внешнего поля. Обычно этот момент относят к единице объёма ве­щества и называют вектором намагничения:

.

(2.33)

Вектор намагничения может быть также суммарным маг­нитным моментом единицы массы вещества, либо одного моля:

; .

(2.34)

Соответственно различают объёмный вектор намагничения , удельный и молярный .

Назовем это отноше­ние магнитной восприимчивостью вещества:

; ? .

(2.35)

Последнее равенство показывает, что введённая выше магнитная восприимчивость есть характеристика вещества: у одних веществ (с малой c) даже существенное внешнее поле не вызовет появления большой намагниченности. А у веществ с большой магнитной восприимчивостью даже малое внешнее поле приводит к появлению заметной намагниченности. Очевидно, что магнитная восприимчивость должна зависеть от условий: повышение температуры, например, будет её уменьшать. Значения магнитной восприимчивости различных веществ приводятся в таблицах, определены они экспериментально.

Нетрудно убедиться, что объёмный вектор намагничения (2.33) имеет размерность напряжённости магнитного поля — А/м. Следовательно, объёмная магнитная восприимчивость будет величиной безразмер­ной. Используемые наряду с ней магнитная и удельная воспри­имчивости

cm = и cm =

(2.36)

будут уже размерными величинами.

На практике более широко применяется другая величина, характеризующая способность вещества намагничиваться — магнитная проницаемость m.

Чтобы понять, как она вводится, вернёмся к рис. 2.17. На нём, помимо векторов , характеризующих магнитные моменты отдельных атомов, показан и вектор намагничения , который, как и следовало ожидать, в соответствии с равенством (2.35), сонаправлен с .

.

(2.37)

Коэффициент μ₀ введен по соображениям размерности лишь в СИ. В физической системе единиц он отсутствует. Заменяя вектор его значением по (2.35), получаем

.

(2.38)

Введя обозначение

получим хорошо известное нам по второй части курса лекций [16]соот­ношение

,

(2.40)

где m — магнитная проницаемость вещества. Физический смысл m эквивалентен смыслу c: магнитная проницаемость также характеризует способность молекул ориентироваться по полю. Однако полученное выше равенство по­зволяет ввести такое дополнение: магнитная проницаемость показы­вает, как связано магнитное поле в веществе с внешним магнитным полем .

Очевидно, что при постоянной магнитной проницаемости (m не зависит от ) зависимость между и выражается прямой линией, угловой коэффициент которой равен либо m₀m (в СИ), либо просто m (иные системы единиц). Это иллюстрирует рис. 2.18, где две прямые получены для двух веществ с разной магнитной проницаемостью.