Магнетизм в веществе

Материалы реагируют на магнитные поля, намагничиваясь, проявляя диамагнитное, парамагнитное и ферромагнитное поведение.

Definition

Изучение того, как материалы приобретают магнитный момент на единицу объема (намагниченность) в ответ на приложенные поля, характеризуемое макроскопически восприимчивостью и проницаемостью и классифицируемое по знаку и величине отклика как диамагнитное, парамагнитное или ферромагнитное.

Scope

Эта тема охватывает намагничивание вещества, связанные токи, вспомогательное поле H, магнитную восприимчивость и проницаемость, а также три основных класса магнитной реакции — диамагнетизм, парамагнетизм и ферромагнетизм, включая гистерезис и магнитные домены. В ней рассматриваются линейные среды и качественное микроскопическое происхождение магнитного порядка, тогда как детальная квантовая теория относится к физике конденсированного состояния.

Core questions

• Как намагниченность порождает связанные токи и поле H?
• Что отличает диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные материалы?
• Почему ферромагнетики проявляют гистерезис и сохраняют намагниченность?

Key concepts

• намагниченность
• связанный ток
• вспомогательное поле H
• магнитная восприимчивость
• проницаемость
• диамагнетизм
• парамагнетизм
• ферромагнетизм
• гистерезис
• магнитные домены

Key theories

Намагниченность и связанные токи

Выровненные атомные диполи создают намагниченность, пространственное изменение которой эквивалентно связанным объемным и поверхностным токам, что приводит к вспомогательному полю H, источником которого являются только свободные токи.

Классы магнитной реакции

Диамагнетики слабо противодействуют полю, парамагнетики слабо выравниваются с ним, а ферромагнетики проявляют сильную, часто постоянную намагниченность со доменной структурой и гистерезисом ниже температуры Кюри.

Clinical relevance

Магнитные материалы играют центральную роль в постоянных магнитах, сердечниках трансформаторов и двигателей, магнитных носителях записи, а также в вопросах контрастности и экранирования в магнитно-резонансной томографии.

History

Фарадей классифицировал вещества как парамагнитные или диамагнитные в 1840-х годах. Пьер Кюри установил температурные законы для магнитной восприимчивости около 1895 года, а Вейс ввел теорию молекулярного поля ферромагнетизма и доменов в начале двадцатого века, которая позднее была обоснована квантовыми обменными взаимодействиями.

Key figures

• Pierre Curie
• Pierre Weiss
• Michael Faraday

Seminal works

• landau1984
• kittel2005

Frequently asked questions

В чем разница между B и H?

B — это полное магнитное поле, включающее вклад намагниченного вещества, тогда как H (вспомогательное поле) сконструировано таким образом, что его источниками являются только свободные токи; в линейных средах они пропорциональны через проницаемость.

Почему ферромагнетики остаются намагниченными?

Сильное обменное взаимодействие выравнивает соседние атомные моменты в домены; как только внешнее поле выравнивает домены, гистерезис позволяет большей части намагниченности сохраняться после снятия поля, образуя постоянный магнит.