1.3. Магнитные свойства веществ

Все вещества в зависимости от их магнитных свойств можно разделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики.

Диамагнетики и парамагнетики – слабо магнитные вещества, намагниченность их  невелика и является наведенной внешним полем, а магнитная проницаемость близка к единице m » 1.

Диамагнетики не обладают собственным магнитным моментом. При внесении во внешнее магнитное поле наведенный магнитный момент  ослабляет внешнее поле. Следовательно, их относительная проницаемость m = mа/m0 меньше единицы m < 1.

Парамагнетики обладают собственным магнитным моментом, но вследствие теплового движения векторы их намагниченности ориентированы хаотично и взаимно компенсируются. Под воздействием напряженности внешнего магнитного поля Н возникает их ориентация в направлении поля и собственный суммарный магнитный момент растет с ростом Н. Влияние же диамагнитного эффекта слабее, и в целом происходит усиление поля, т.е. растет индукция В. Следовательно, абсолютная магнитная проницаемость их mа > m0 и относительная m > 1.

Ферромагнетики – сильно магнитные вещества, у которых m >> 1 и достигает десятков и сотен тысяч. К ним относятся: железо, никель, кобальт, гадолиний и при низких температурах пять редкоземельных элементов. Намагниченность их собственная, а не наведенная. Установлено, что их ферромагнитные свойства определяются нескомпенсированными спинами электронов внутренних оболочек и наблюдаются только в кристаллическом состоянии при обменном взаимодействии атомов в кристалле, когда электроны внутренних оболочек принадлежат одновременно своим и соседним атомам.



Взаимодействие атомов в кристалле приводит к параллельной ориентации некомпенсированных спинов и возникает так называемая спонтанная, т.е. самопроизвольная, намагниченность вещества , которая характеризует его ферромагнитные свойства.

Намагниченность ферромагнетиков существует самостоятельно, а не наводится внешним полем, как у других веществ.

Антиферромагнетики. У них нескомпенсированные спины соседних атомов самопроизвольно устанавливаются антипараллельно и взаимно компенсируются, так что собственный магнитный момент вещества становится равным нулю и спонтанная намагниченность  у них отсутствует.

Ферримагнетики. У некоторых веществ взаимная компенсация спиновых моментов может оказаться неполной. У них также возникает некоторая спонтанная намагниченность, но значительно меньшая, чем у ферромагнетиков. Но и у них m >> 1 и может достигать нескольких тысяч. Эти вещества – ферриты – состоят из окислов металлов. Их часто называют неметаллическими ферромагнетиками.

Ферромагнетики и ферримагнетики имеют особое свойство: при повышении температуры вещества энергия теплового движения стремиться разрушить состояние спонтанной намагниченности. При температуре, которая у ферромагнетиков называется точкой Кюри, у ферримагнетиков – точкой Ноэля, этой энергии оказывается достаточно, чтобы разрушить параллельную или антипараллельную ориентацию спиновых моментов, и вещества приобретают свойства парамагнетиков. Для железа точка Кюри 1043K, для кобальта, никеля и гадолиния соответственно 1400, 631 и 289 К. Очевидно, при абсолютном нуле температуры спонтанная намагниченность имеет наибольшее возможное значение .