Магнитные свойства вещества

Как известно в 11 классе, магнитное поле взаимодействует с движущимися зарядами. Однако простое вещество также способно взаимодействовать с магнитным полем. Рассмотрим кратко магнитные свойства вещества.

Магнитные свойства вещества

Рис. 1. Элементарные токи в молекулах вещества.

Это приводит к тому, что в веществе возникает собственное магнитное поле, которое складывается с внешним, и результирующее магнитное поле в веществе отличается от внешнего.

Для характеристики изменения магнитного поля в веществе введена специальная безразмерная величина — магнитная проницаемость $mu$. Для однородного магнитного поля:

$$mu = {B\over B_0}$$

Классы магнитных веществ

Итак, в результате существования элементарных токов в молекулах вещества магнитное поле в веществе изменяется, и это изменение характеризуется показателем магнитной проницаемости. В зависимости от магнитных свойств веществ можно выделить три класса.

Ферромагнетики

Всем известно, что существуют постоянные магниты, а кроме того, металлические предметы притягиваются магнитным полем. В веществах такого класса элементарные токи в молекулах легко ориентируются вдоль внешнего магнитного поля, а токи, идущие в одном направлении, притягиваются друг к другу. Магнитная проницаемость ферромагнетиков гораздо больше единицы:

$$mu_{ферр}>>1$$

Кроме того, при снятии внешнего магнитного поля элементарные токи в немалой степени остаются в прежнем упорядоченном состоянии. Это объясняет существование постоянных магнитов.

Ферромагнетики находят широкое применение везде, где требуется создание магнитных полей. К ним относится железо, кобальт, никель и ряд редкоземельных элементов и сплавов.

Парамагнетики и диамагнетики

Большая часть веществ с магнитным полем взаимодействует слабо. Элементарные токи в этих веществах немного ориентируются под действием магнитного поля, однако, степень ориентации невелика, и магнитная проницаемость большинства веществ отличается от единицы на величины порядка $10^{-6}$.

Такие вещества, как большинство металлов и газов, имеют магнитную проницаемость больше единицы. Они также притягиваются к магнитному полю однако, это притяжение крайне слабое. Такие вещества называются парамагнетиками:

$$mu_{пар}>1$$

Наконец, существуют вещества, которые выталкиваются из магнитного поля. Это медь, сера, инертные газы, практически все органические соединения. Такие вещества называются диамагнетиками:

$$mu_{дия}<1$$

Магнитные свойства вещества

Рис. 2. Ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики.

Поскольку органическая биологическая ткань является диамагнетиком и немного выталкивается из магнитного поля, то, взяв очень сильное магнитное поле, можно заставить живой объект (лягушку) левитировать:

Магнитные свойства вещества

Рис. 3. Левитация лягушки в сильном магнитном поле.

Что мы узнали?

Магнитное поле в веществе взаимодействует с элементарными токами внутри молекул и при этом усиливается или ослабляется. В зависимости от степени этого изменения вещества делятся на три класса: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.