Магнетизъм • Джеймс Трефил, Енциклопедия „Двеста закона на Вселената“

Поради разликата в свойствата на ниво атомно-молекулярна структура, всички вещества по своите магнитни свойства се разделят на три класа - феромагнетици, парамагнетици и диамагнетици.

Според закона на Ампер електрическият ток произвежда магнитно поле. Електрон, въртящ се около атом, може да се разглежда като цикличен електрически ток с много малка сила и радиус. Въпреки това, той все още индуцира магнитно поле и това не е изненадващо. Всъщност всички електрони, въртящи се около атомите, произвеждат свое собствено магнитно поле и като резултат всеки атом има свое собствено магнитно поле, което е общото поле, или суперпозиция магнитни полета на отделни електрони.

Сега стигаме до основната точка. В някои атоми еднакъв брой електрони се въртят във всички възможни посоки и техните магнитни полета взаимно се потушават. Обаче в атомите на някои елементи орбитите на електроните могат да бъдат ориентирани по такъв начин, че някои от електроните да произвеждат магнитни полета, които остават некомпенсирани поради полетата на електроните, въртящи се в обратна посока. И когато такива магнитни полета, свързани с въртенето на електроните в орбита, освен това се окажат еднакво насочени за всички атоми от кристалната структура на веществото, то като цяло създава около себе си стабилно и достатъчно силно магнитно поле. Всеки фрагмент от такова вещество е малък магнит с ясно дефинирани северни и южни полюси.

Това е кумулативното поведение на такива мини-магнити на атомите на кристалната решетка, което определя магнитни свойства на материята. Според магнитните си свойства веществата се разделят на три основни класа: феромагнетици, парамагнетици и диамагнетика. Има и два отделни подкласа материали, отделени от общия клас феромагнетици - антиферомагнетици и феримагнетици. И в двата случая тези вещества принадлежат към класа на феромагнетиците, но те имат специални свойства при ниски температури: магнитните полета на съседните атоми са подравнени строго паралелно, но в противоположни посоки. Антиферомагнетиците се състоят от атоми на един елемент и в резултат на това тяхното магнитно поле става равно на нула. Феримагнетиците са сплав от две или повече вещества и резултатът от суперпозицията на противоположно насочени полета е макроскопично магнитно поле, присъщо на материала като цяло.

Феромагнетици

Някои вещества и сплави (на първо място трябва да се отбележат желязо, никел и кобалт) при температури под точката на Кюри придобиват свойството да изграждат кристалната си решетка по такъв начин, че магнитните полета на атомите да са еднопосочни и да се подсилват взаимно, поради към които се появява макроскопично магнитно поле извън материала ... От такива материали се получават постоянни магнити. Всъщност магнитното подреждане на атомите обикновено не се простира до неограничен обем феромагнитен материал: намагнитване е ограничен до обем, съдържащ от няколко хиляди до няколко десетки хиляди атоми, и такъв обем на материята обикновено се нарича домейн (от английски домейн - "■ площ"). Когато желязото се охлади под точката на Кюри, се образуват много домейни, във всеки от които магнитното поле е ориентирано по свой начин. Следователно в нормално състояние твърдото желязо не се магнетизира, въпреки че вътре в него се образуват домейни, всеки от които е завършен мини-магнит. Въпреки това, под въздействието на външни условия (например, когато разтопеното желязо се втвърди в присъствието на мощно магнитно поле), домените са подредени подредено и техните магнитни полета са взаимно подсилени. Тогава получаваме истински магнит - тяло с подчертано външно магнитно поле. Ето как работят те постоянни магнити.

Парамагнетика

В повечето материали вътрешните сили на подравняване на магнитната ориентация на атомите отсъстват, домейните не се образуват и магнитните полета на отделните атоми са насочени произволно. Поради това полетата на отделните магнитни атоми се гасят взаимно и такива материали нямат външно магнитно поле. Когато обаче такъв материал се постави в силно външно поле (например между полюсите на мощен магнит), магнитните полета на атомите са ориентирани в посоката, съвпадаща с посоката на външното магнитно поле и наблюдаваме ефектът усилване магнитно поле в присъствието на такъв материал. Материали с подобни свойства се наричат парамагнетици.. Струва си обаче незабавно да се премахне външното магнитно поле, като парамагнитно размагнетизиран, тъй като атомите отново се подреждат хаотично. Тоест парамагнетиците се характеризират със способността да временно намагнитване.

Диамагнетика

При вещества, чиито атоми нямат свой собствен магнитен момент (т.е. в тези, при които магнитните полета са угасени в ембриона - на нивото на електроните), може да възникне магнетизъм от различно естество. Според втория закон на Фарадей за електромагнитната индукция, с увеличаване на потока на магнитно поле, преминаващо през проводима верига, промяната на електрическия ток във веригата противодейства на увеличаването на магнитния поток. В резултат на това, ако вещество, което няма собствени магнитни свойства, бъде въведено в силно магнитно поле, електроните в атомните орбити, които са микроскопични вериги с ток, ще променят естеството на своето движение по такъв начин, че да предотвратят увеличаване на магнитния поток, тоест те ще създадат свое собствено магнитно поле, насочено в посока, обратна на външното поле. Такива материали обикновено се наричат диамагнетици.

По отношение на магнитните свойства на материята е важно да научим, че те зависят от конфигурацията на електронните орбити на атомите. Дори след като се раздели на отделни атоми, желязото, например, ще запази своите феромагнитни свойства. Но с по-нататъшно смачкване ще получите само елементарни частици, които не притежават собствените си магнитни свойства и вече няма да е възможно да се опише природата на магнетизма. И така, магнитните свойства на веществото зависят изключително от конфигурацията на елементарните частици в състава на атома и организацията на кристалните домейни, но по никакъв начин от свойствата на заредените частици от атомната структура.