Диамагнетики и парамагнетики. Намагниченность, магнитное поле в веществе.

Диамагне́тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость = M/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы .

Намагниченность — характеристика магнитного состояния макроскопического физического тела. Обозначается обычно М или J. Намагниченность равна отношению магнитного момента тела к его объёму.

Намагниченность тел зависит от внешнего магнитного поля и температуры. У ферромагнетиков зависимость J от напряжённости внешнего поля Н выражается кривой намагничивания (см. Намагничивания кривые, Гистерезис). В изотропных веществах направление J совпадает с направлением Н, в анизотропных (см. Магнитная анизотропия) направления J и Н в общем случае различны.

В общем случае описание влияния вещества на магнитное поле является очень сложной математическое задачей. Магнитное поле приводит к намагничиванию вещества, то есть вектор намагниченности вещества зависит от индукции магнитного поля, действующего на вещество J ⃗ =G(B ⃗ ) Чрезвычайная сложность этой связи обусловлена целым рядом причин:

1. В данном выражении намагниченность выделенного объема вещества зависит не только от магнитной индукции не только внешнего поля B ⃗ 0, которое может быть известно, но и поля B ⃗ ′, возникающего благодаря намагничиванию других частей вещества, которое само подлежит определению.
2. Связь между намагниченностью и индукцией поля часто бывает нелинейной, что связано с эффектами насыщения, о которых мы поговорим чуть позже.
3. Многие вещества обладают магнитной анизотропией^[1], то есть величина намагниченности может зависеть от направления, поэтому векторы намагниченности и индукции поля в общем случае не параллельны.
4. Рассматриваемая связь может быть не функциональной, так в ферромагнетиках намагниченность определяется полем не только в данный момент времени, но и «предысторией», то есть вещество частично «запоминает» какое поле действовало раньше. Подобный эффект называется магнитным гистерезисом.

Для расчета поля в присутствии магнетиков, необходимо уметь рассчитывать индукцию поля при заданном распределении намагниченности вещества, то есть B ⃗ ′ =F(J ⃗ ). Во многих случаях эта задача может быть решена (что тоже не просто) с помощью закона Био-Савара и принципа суперпозиции.