Слободянюк А.И. Физика 10/13.0

Материал из PhysBook

§13. Взаимодействие магнитного поля с веществом

Гениальная гипотеза А.М. Ампера об атомных токах нашла свое подтверждение в теории строения атома, которая была разработана через сто лет после работ этого ученого. С точки зрения планетарной модели атома электроны движутся вокруг ядра, создавая эти атомные токи Ампера. Движение электронов внутри атома чрезвычайно сложно и не описывается законами классической механики. В некоторых состояниях движение электронов в атоме приводит к появлению магнитного момента (который называется орбитальным). Кроме того, любой электрон обладает собственным механическим моментом (который называется спином) и связанным с ним магнитным моментом. Орбитальные и спиновые моменты электронов атома складываются достаточно сложным образом, в результате чего атом в целом может обладать собственным магнитным моментом. Если же атом в свободном состоянии не обладает собственным магнитным моментом, то под действием внешнего магнитного поля, у атома появляется индуцированный (наведенный) магнитный момент.

Благодаря наличию магнитных моментов у атомов, любое вещество взаимодействует с магнитным полем, что приводит к намагничиванию вещества. Намагниченное вещество, в свою очередь, изменяет магнитное поле. Таким образом, мы опять сталкиваемся с «зацикленной» ситуацией, аналогичной описанию поведению вещества в электрическом поле: поле изменяет характеристики вещества, вследствие чего изменяется само поле.

Магнитные свойства различных веществ обладают громадным разнообразием. Имеется несколько классов веществ, принципиально различающихся по своим магнитным свойствам: некоторые ослабляют внешнее магнитное поле (подобно тому, как все диэлектрики ослабляют электрическое поле) – они называются диамагнетиками; некоторые усиливают его – они называются парамагнетиками. Такое распространенное вещество, с которого и началась история изучения и использования магнетизма, как железо, относится к особому классу, которому оно и дала название – ферромагнетики. Заметим, что вещества, взаимодействующие с магнитным полем, получили обобщающее название – магнетики^[1].

Большинство эффектов, связанных с магнитными свойствами веществ, корректно может быть объяснено только в рамках квантовой физики. Более подробно магнитные свойства веществ мы будем изучать в 12 классе, а сейчас познакомимся с общими идеями описания магнитного поля в веществе.