Намагниченность. Магнитное поле в веществе

Для количественного описания намагничивания вещества вводят векторную величину – намагниченность , определяемую магнит­ным моментом единицы объема вещества:

(14.15)

Магнитное поле в веществе складывается их двух полей: внешнего поля , и внутреннего поля, создаваемого намагниченным веществом :

, , (14.16)

где ·10^–7 Гн/м – магнитная постоянная вакуума, - напряженность магнитного поля.

Для описания поля, создаваемого молекулярными токами вещества, рассмотрим круглый цилиндр сечением и длиной , внесенный в однородное внешнее магнитное поле. Возникающее в веществе магнитное поле молекулярных токов будет направлено противоположно внешнему полю для диамагнетиков и совпадать с ним по направлению для парамагнетиков. Плоскости всех молекулярных токов расположены перпендикулярно вектору . Во внутренних участках сечения вещества молекулярные токи соседних атомов компенсируют друг друга (рис. 14.3). Некомпенсированными оказываются лишь молекулярные токи, выходящие на боковую поверхность цилиндра.

Рис. 14.3

Круговой ток , текущий по боковой поверхности цилиндра, подобен току в соленоиде и создает внутри него поле с магнитной индукцией В', прямо пропорциональной этому току и, следовательно, вектору намагниченности [1, 2]:

(14.17)

Подставив (14.17) в (14.16), получим

(14.18)

Как показывает опыт, в несильных магнитных полях намагниченность прямо пропорциональна напряженности поля :

, (14.19)

где - безразмерная величина, называемая магнитной восприимчивостью вещества. Для диамагнетиков отрицательная величина (поле молекулярных токов противоположно внешнему полю), для парамагнетиков - положительная величина (поле молекулярных токов совпадает с внешним полем).

Подставив (14.19) в (14.18), получим

,

, (14.20)

где - магнитная проницае­мость вещества. Она показывает, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме.

Поскольку абсолютное значение магнитной восприимчивости для диамагнетиков и парамагнетиков весьма мало (порядка 10^–3 —10^–6), то для них незначительно отличается от единицы (). Таким образом, магнитное поле молекулярных токов значительно слабее намагничивающего поля: для диамагнетиков <0 и <1, для парамагнетиков >0 и >1.