Магнетизм и намагничивание

Носители магнетизма в металле – элементарные электрические токи в атомах (гипотеза Ампера), создаваемые вращением электронов вокруг ядра (рис. 10, а), прецессионным движением (качанием) электронных орбит (рис. 10, б) и вращением электронов вокруг своей оси – спином электрона (рис. 10, в), который вносит наибольший вклад в образование магнитного поля в атоме.

Элементарные токи в каждом атоме формируют атомные магнитные моменты , которые, складываясь между собой, образуют магнитное поле атома и, в конечном счете, вещества в целом. Однако большинство веществ не проявляет магнитных свойств, так как магнитные моменты их атомов направлены произвольно и взаимно компенсируют друг друга, т. е. размагничиваются уже в небольшом своем объеме.

а б в

Рис. 10. Магнитные моменты в атоме, формируемые элементарными токами:

а – движением электрона вокруг ядра; б – прецессией электронной

орбиты; в – вращением электрона вокруг своей оси

Существуют материалы с высокой способностью к намагничиванию – ферромагнетики. Их в природе насчитывается немного. Главный среди них – железо. На его основе с добавками никеля, кобальта, вольфрама и алюминия созданы все ферромагнитные сплавы. У них совершенно особая структура. Даже если нет внешнего магнитного поля, моменты миллионов соседних атомов самопроизвольно выстраиваются параллельно друг другу, образуя микроскопические области, так называемые домены – идеальные магниты в миниатюре. Это крошечные, в обычном представлении, но огромные по сравнению с размерами атомов области. Число атомов в них составляет порядка 10¹⁵, а размеры в поперечнике – около 10 мкм. Все магнитные моменты атомов внутри домена ориентированы одинаково, т. е. эта область намагничена до насыщения и представляет собой относительно сильный постоянный магнит. Она характеризуется магнитным моментом домена.

Если нет внешнего магнитного поля, то магнитные моменты доменов направлены беспорядочно и взаимно компенсируют друг друга. Поэтому ферромагнетик в обычном своем состоянии не имеет результирующего магнитного момента, т. е. его намагниченность равна нулю.