Магнитное поле в веществе. Ферромагнетизм.

С технической точки зрения (с точки зрения математического аппарата) описание магнитного поля в веществе и электрического поля в диэлектрике имеет некоторые общие детали. Для магнитного поля в веществе вводится два вектора.

 — вектор магнитной индукции, который уже использовался нами для описания магнитного поля в вакууме и при описании воздействия магнитного поля на движущуюся частицу или проводник с током;

 — напряженность магнитного поля. Эта величина в каком-то смысле является аналогом вектора электрического смещения .

В отличие от электрических полей, на поведение которых влияет поляризация молекул, на поведение магнитного поля в веществе влияют молекулярные токи, связанные с движением частиц внутри молекул. Кроме того, имеется ещё одна характеристика, называемая магнитным моментом молекулы. Рассмотрение влияния магнитного поля и взаимодействие магнитных моментов молекул является сложным вопросом, и в данном курсе рассматриваться не будет. Существенно то, что в случае, когда поля создаваемые молекулярными моментами и спинами совпадают с внешним полем можно также как и в случае электрического поля для диэлектриков, вычислять магнитные поля, опираясь только на внешние токи и используя уравнение для циркуляции напряженности магнитного поля в дифференциальном виде:

                                                                                                         (9)

или в интегральном:

                                                                                     (10)

Где учитываются только внешние токи. После этого вектор магнитной индукции вычисляется с использованием характеристики материала , называемой магнитной проницаемостью по формуле:

                                                                                                      (11)

Отсюда видно, что магнитная проницаемость показывает во сколько раз усиливается ( ) или ослабляется ( ) поле в веществе.

       Мы будем различать слабомагнитные вещества, (магнитная проницаемость близка к единице) и сильно магнитные вещества. Слабомагнитные вещества в свою очередь делятся на парамагнетики  и диамагнетики . Больше о слабомагнитных веществах говорить не будем, отметим только ещё раз, что для них магнитная проницаемость мало отличается от единицы.

       Остановимся несколько подробнее на ферромагнитных материалах. Некоторые вещества ниже некоторой критической температуры (которая называется температурой Кюри) обладают очень большой величиной магнитной проницаемостью (десятки и сотни тысяч). Температура Кюри зависит от вещества. Так для железа Fe она составляет . Ещё одной особенностью ферромагнетиков является нелинейная зависимость магнитной проницаемости от магнитной индукции, для которой, кроме того, характерна зависимость от предыстории, память о том, как нарастало и снижалось поле в образце. Характерной особенностью процесса намагничивания ферромагнетиков является так называемый гистерезис, то есть зависимость намагничивания от предыстории образца. Кривая намагничивания B (B₀) ферромагнитного образца представляет собой петлю сложной формы, которая называется петлей гистерезиса (Рис. 1).

Рис.1

Из Рис.1 видно, что при наступает магнитное насыщение – намагниченность образца достигает максимального значения.

Если теперь уменьшать магнитную индукцию B₀ внешнего поля и довести ее вновь до нулевого значения, то ферромагнетик сохранит остаточную намагниченность – поле внутри образца будет равно B_r. Остаточная намагниченность образцов позволяет создавать постоянные магниты. Для того чтобы полностью размагнитить образец, необходимо, изменив знак внешнего поля, довести магнитную индукцию B₀ до значения –B_0c, которое принято называть коэрцитивной силой  коэрцитивное поле (от лат. соёrcitio — удерживание) Далее процесс перемагничивания может быть продолжен, как это указано стрелками на Рис. 1. Подчеркнем ещё раз, что из-за явления гистерезиса в природе существуют естественные постоянные магниты, а наличие сердечника из ферромагнетика позволяет существенно усилить поле, что наглядно проявляется в явлении самоиндукции.