На какие группы делятся все вещества по своим магнитным свойствам

Что такое магнетики 

Магнетиками называются вещества, способные изменяться под действием магнитного поля таким образом, что преобразуются в источники магнитного поля.

В процессе приобретения свойств магнетика материалы характеризуются индукцией магнитного поля, равной сумме индукций внешнего и внутреннего магнитных полей. Такое явление получило название намагничивание.

Классификация по магнитной проницаемости

Все материалы отличаются по магнитным свойствам. В зависимости от степени их проявления вещества классифицируются на следующие категории:

• сильномагнитные;
• слабомагнитные.

Общепринятым является деление магнетиков, исходя из механизма намагничивания. Состояние намагниченности вещества определяют с помощью вектора намагниченности, обозначаемого ($$bar{J}$$)

Намагниченность материала является физической величиной и определяется по формуле:

($$bar{J}=frac{1}{Delta V}sum_{Delta V}^{}{vec{pmi}}$$)

где ($${Delta V}$$) обозначает элементарный объем, ($${vec{pmi}}$$) представляет собой магнитные молекулярные моменты.

Суммирование выполняется с учетом каждой молекулы, которая присутствует в объеме ($$Delta V$$). Исходя из данной формулы, можно представить следующее уравнение:

($$p_{m}=vec{J}dV$$)

Парамагнетики и диамагнетики при помещении в слабые магнитные поля обладают намагниченностью, которая является пропорциональной величиной напряженности поля, обозначаемой ($$vec{H}$$). Для парамагнетиков и диамагнетиков корреляция вектора намагниченности представляет собой линейный параметр в соотношении с напряженностью поля.

В ситуации, когда магнетики отсутствуют, магнитное поле формируется следующим образом:

($$rotvec{B}=mu 0vec{j}$$)

При появлении магнетиков магнитное поле образуется с помощью токов проводимости и молекулярных токов. В этом случае формула будет преобразована:

($$rotvec{B}=mu 0(vec{j}+vec{j_{mol}})=mu 0vec{j}+rotvec{J}$$)

Диамагнетики, описание

Диамагнетиками называют вещества, в которых наблюдается изменение вектора движения электронов, составляющих атомы и молекулы, при воздействии внешнего магнитного поля, что приводит к образованию ориентированного тока кругового характера.

Магнитный момент в этом случае определяется следующим образом:

($$p_{m}=IS$$)

S представляет собой площадь витка с током.

В условиях существования магнитного поля молекулы материала обладают индуцированным магнитным моментом. Они играют роль источника дополнительного поля, индукцию которого можно определить по формуле:

($$vec{B}=frac{mu 0}{4pi}left{frac{3left(vec{p_{m}} times vec{r}right)vec{r}}{r^{5}}-frac{vec{p_{m}}}{r^{3}} right}$$)

На диамагнетические материалы внешнее поле воздействует относительно к противоположному магнитному полю извне. Показатели магнитной восприимчивости меньше ноля и значительно меньше, чем единица. Диамагнетики классифицируют на следующие виды:

• классические;
• аномальные;
• сверхпроводники.

К классическим диамагнетикам относят инертные газообразные вещества с замкнутыми внешними электронными оболочками:

• гелий;
• неон;
• аргон;
• криптон;
• ксенон.

Диамагнетиками также являются:

• инертные газы с жидкими и кристаллическими структурами;
• соединения с ионами, которые подобны атомам инертных газов;
• газообразные, жидкие, твердые галоиды;
• некоторые разновидности металлов, включая цинк, золото, ртуть.

Сверхпроводники относятся к категории сверхдиамагнетиков. Данные материалы характеризуются диамагнитным эффектом, обусловленным наличием поверхностных макроскопических токов. В группу диамагнетических веществ включены органические соединения. Для многоатомных материалов данного вида характерна анизотропность магнитной восприимчивости.

Парамагнетики,  описание

Парамагнетиками называют вещества с молекулами, обладающими стабильным магнитным моментом без магнитного поля в электронах.

В параманетических материалах молекулы являются источником магнитного поля, в отсутствии которого наблюдается хаотичность моментов тех или иных молекул. Значение результирующей индукции в этом случае будет соответствовать нулевой отметке, а предмет являться не намагниченным. Образование актуального направления ориентации моментов связано с определением регулярных магнитных моментов молекул внешним полем. Для небольших объемов веществ характерны магнитные моменты, которые складываются из магнитных моментов определенных молекул. В результате парамагнетический материал преобразуется в источник магнитного поля, намагничиваясь в соответствии с направлением к внешнему полю. Показатели магнитной восприимчивости парамагнетика достаточно малы, но больше ноля.

Основные виды парамагнетиков:

• нормальные;
• металлы;
• антиферромагнетики.

К первой группе парамагнетических веществ относятся:

• оксид азота;
• платина;
• кислород;
• палладий.

Парамагнитные металлы обладают важной особенностью: их магнитная восприимчивость не определяется температурой. Это слабомагнитные вещества. Если температура антиферромагнетических материалов превышает значение в точке Кюри, то такие вещества преобразуются в нормальные парамагнетики.

Ферромагнетики, описание

Ферромагнетиками называют вещества, для которых характерна высокая магнитная проницаемость, определяемая внешним магнитным полем.

Ферримагнетики и ферромагнетики намагничиваются, благодаря наличию магнитного момента в электронах. Момент характеризует конкретное соотношение с механическим моментом (спин). Ориентация спинов под действием магнитного поля происходит определенным образом. Как правило, такие магнетики являются кристаллическими веществами. Спонтанная намагниченность у ферромагнетиков наблюдается при невысокой температуре. Данный показатель может кардинально меняться в следующих условиях:

1. Воздействие внешнего магнитного поля.
2. Деформационные нагрузки на материал.
3. Перепады температуры.

Ферромагнетики относятся к сильномагнитным веществам. Такие материалы могут характеризоваться остаточной намагниченностью. Степень намагниченности ферромагнетических веществ обладает пределами насыщения, что говорит о природе ее возникновения. Намагниченность происходит в результате изменения векторов магнитных моментов вещества. Ферромагнетики также подвержены гистерезису.

Классификация ферромагнетиков:

• мягкие;
• жесткие.

Первая группа ферромагнетических материалов характеризуется высокой магнитной проницаемостью и способностью к быстрому намагничиванию или размагничиванию. Такие материалы широко востребованы в производстве электротехнического оборудования и приборов, принцип работы которых базируется на взаимодействии переменных полей. К примеру, к подобным агрегатам относятся трансформаторы. Жесткие ферромагнетические вещества обладают небольшой проницаемостью. Такие материалы достаточно сложно намагничивать. Благодаря уникальным свойствам, ферромагнетики жесткого типа используются для изготовления постоянных магнитов.

Примеры ферромагнетических веществ:

• переходные элементы железа, кобальта, никеля;
• редкоземельные металлы, включая гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий;
• бинарные и многокомпонентные сплавы металлов и их соединений, включая хром, марганец, сплавы Гейслера;
• металлические сплавы актиноидов;
• сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов железа или кобальта в диамагнитной матрице палладия;
• аморфные или метастабильные сплавы и соединения металлов;
• аморфные полупроводники;
• обычные органические и неорганические стекла, халькогениды, включая сульфиды, селениды, теллуриды.

Отличия диа- пара- и ферромагнетиков

Магнетиками являются вещества, которые взаимодействуют с магнитным полем. В результате происходит его изменение, и могут наблюдаться преобразования в других физических явлениях:

• габаритные размеры;
• температура;
• проводимость;
• электрический потенциал.

Исходя из данного факта, к магнетикам можно отнести практически все материалы, что связано с их магнитной восприимчивостью, отличной от ноля. Вещества обладают определенным характером взаимодействия с магнитным полем. Этим объясняются их отличия:

1. Диамагнетики характеризуются небольшой отрицательной магнитной восприимчивостью, способны в определенной степени ослаблять магнитное поле.
2. Парамагнетики обладают небольшой положительной магнитной восприимчивостью, могут усиливать магнитное поле.
3. Ферромагнетики – редкий класс магнетических веществ с большой положительной магнитной восприимчивостью, способностью значительно усиливать магнитное поле.