Намагниченность
Намагни́ченность, векторная физическая величина M, характеризующая магнитное состояние макроскопического тела; определяется как магнитный момент единицы объёма тела: M = m/V (m – магнитный момент, V – объём тела). Предел M = dm/dV (dm – магнитный момент бесконечно малого объёма dV) называют намагниченностью среды в точке. Намагниченность однородна в пределах рассматриваемого объёма, если в каждой его точке вектор M имеет одни и те же величину и направление. Часто рассматривают удельную намагниченность – магнитный момент единицы массы вещества. Магнитный момент вещества складывается из магнитных моментов атомов (ионов, молекул), а магнитный момент атома – из орбитального и спинового магнитных моментов входящих в его состав электронов и магнитного момента ядра. Магнитные моменты ядер во много раз меньше магнитных моментов электронов, ими обычно пренебрегают. Таким образом, общий магнитный момент атома равен векторной сумме магнитных моментов электронов, входящих в атом.
В магнетиках с магнитными моментами, локализованными только на атомах, магнитный момент m складывается из магнитных моментов атомов µi (i – номер атома)
m = µi,
где суммирование ведётся по всем магнитным атомам. Внешнее магнитное поле создаёт дополнительную намагниченность за счёт ориентации магнитных моментов и индуцирования диамагнитного момента. В общем случае намагниченность образца не может быть получена как сумма магнитных моментов изолированных и невзаимодействующих атомов: например, в металлах и сплавах большую роль играют коллективизированные электроны, которые образуют магнитный момент электронной подсистемы и вносят существенный вклад в результирующую намагниченность.
Намагниченность вещества зависит от величины магнитного поля и температуры, и эти зависимости различны для различных типов магнетиков (диамагнетиков, парамагнетиков, ферромагнетиков, ферримагнетиков, антиферромагнетиков). В диамагнетиках и парамагнетиках зависимость М от напряжённости внешнего магнитного поля Н линейна в не слишком сильных магнитных полях М = Н, где – магнитная восприимчивость. Намагниченность парамагнетика в отсутствие внешнего магнитного поля равна нулю.
Ферро- и ферримагнетики могут иметь намагниченность даже в отсутствие внешнего магнитного поля (спонтанную намагниченность). В 1895 г. П. Кюри экспериментально установил, что в ферромагнетиках существует температура (называемая точкой Кюри ТС), при которой происходит фазовый переход 2-го рода из ферромагнитного в парамагнитное состояние; при этом переходе энергия теплового движения атомов превышает энергию обменного взаимодействия и спонтанная намагниченность ферромагнетика исчезает. Зависимость намагниченности ферромагнетиков от величины напряжённости внешнего магнитного поля (т. н. кривая намагничивания) M(H) имеет сложный нелинейный характер и показывает гистерезисное поведение.
Спонтанная намагниченность ферримагнетиков тоже исчезает при Т > ТС; её температурная зависимость сложна, поскольку в ферримагнетиках существуют две (или несколько) неэквивалентные магнитные подрешётки, намагниченности которых различны, направлены антипараллельно и по-разному изменяются при изменении температуры. В результате для некоторых ферримагнетиков на зависимости M(T), возможно появление т. н. точек магнитной компенсации, в которых намагниченности подрешёток точно компенсируют друг друга и суммарная намагниченность равна нулю. Достаточно сильное магнитное поле (сравнимое по величине с эффективным полем межподрешёточного взаимодействия) может индуцировать в ферримагнетике неколлинеарное расположение намагниченностей отдельных подрешёток.
Намагниченность также зависит от формы тела и его расположения во внешнем магнитном поле. Между напряжённостью магнитного поля в веществе Hв и внешним магнитным полем H существует соотношение: Hв = H – NM, где N – размагничивающий фактор. В изотропных веществах направление M совпадает с направлением H, в анизотропных – направления M и H в общем случае различны.
Через намагниченность определяется магнитная индукция: B = µ0(H + M) (в системе СИ; µ0– магнитная постоянная) и B = H + 4M (в системе СГС).
Единица измерения намагниченности в СИ – ампер на метр (А/м), в СГС – эрг/(Гс·см3).