Все вещества состоят из атомов, в которых по замкнутых траекториях движутся электроны
. Орбитальное движение электрона можно рассматривать как кольцевой ток (микротоки) с магнитным моментом. Любое вещество, как система атомов, во внешнем магнитном поле намагничивается, то есть приобретает магнитного момента. Для количественного описания этого явления вводят вектор намагниченности () - физическую величину, равную магнитному моменту единицы объема магнетика.
Таким образом, магнитное поле в веществе состоит из наружного (намагничивая) поля, созданного макротоков, и собственного поля, созданного микротоками. В диамагнитных веществах собственное поле направлено против внешнего, а в парамагнитных - направления внешней и собственного полей совпадают. Теперь дадим элементарное объяснение природы диа-и парамагнетизма. В диамагнетиков суммарный магнитный момент атомов в отсутствии внешнего поля равна нулю. Опыты показывают, что магнитного момента не имеет атом гелия. Этот факт можно объяснить, предположив, что два электрона атома гелия вращаются вокруг ядра по орбитам равных радиусов, с равными по величине скоростями, но в противоположных направлениях.
Поэтому их магнитные моменты взаимно скомпенсированы и результирующий магнитный момент атома равен нулю. Внешнее магнитное поле, воздействуя на движение электронов атома, индуцирует в нем магнитный момент, который по правилу Ленца. Направлен против. Из рассмотренной модели следует ожидать, что диамагнетиками появляются и другие вещества, атомы которых имеют нечетное число электронов во внешней оболочке. Действительно, к классу диамагнетиков относятся инертные газы (He, Ne, Ar, Xe), а также ряд других веществ - Bi, H2O и т.д.. Парамагнетиками есть вещества, атомы или молекулы которых в отсутствие внешнего поля имеют отличный от нуля магнитный момент: например, если они имеют нечетное число электронов в атоме. Тепловое движение делает ориентацию магнитных моментов атомов хаотичной, поэтому в отсутствии внешнего поля парамагнетик не намагничен Во внешнем поле магнитные моменты атомов ориентируются вдоль поля, Так парамагнетик намагничивается в направлении внешнего поля. Для парамагнетиков. Магнитная восприимчивость парамагнетика в слабых полях и при достаточно высоких температурах обратно пропорциональна температуре (закон Кюри):, где С - постоянная Кюри, зависящая от рода парамагнетика.
И диа-и парамагнетиков относятся к слабкомагнитних веществ, поскольку для обеих Но существуют сильномагнитни вещества - ферромагнетики, в которых магнитная проницаемость достигает. Помимо основного представителя - железа, для ферромагнетиков принадлежат Co, Ni, ряд редкоземельных элементов и сплавов на их основе. Известна следующая свойство ферромагнетиков: при температуре, называется точкой Кюри (зависит от вещества), ферромагнетик скачком теряет свои ферромагнитные свойства и переходит в парамагнитное состояние. Это означает, что атом ферромагнетика подобный атома парамагнетика отличием от нуля магнитного момента, а ферромагнитные свойства присущи не отдельному атому, а кристаллу ферромагнитного вещества в целом при температурах, ниже точки Кюри.
Кроме большого магнитной проницаемости ферромагнетики отличаются от слабкомагнитних веществ рядом свойств:
1) в отличие от парамагнетиков, ферромагнетики намагничиваются до насыщения уже в слабых полях;
2) магнитная проницаемость ферромагнетика зависит от напряженности намагничивая поля: сначала быстро растет с увеличением Н, достигает максимума, а затем спадает, стремясь к единице в сильных полях.
3) зависимость B (H) имеет гистерезисных характер.
При размещении размагниченного ферромагнетика во внешнем поле зависимость В (Н) описывается сначала кривой 0-1. При уменьшении Н до нуля В (Н) изменяется по кривой 1-2; т.е. имеет место отставание изменения индукции от изменения напряженности. Это явление называется магнитным гистерезисом. Магнитная индукция, хранящейся в ферромагнетике после исчезновения внешнего поля (при Н = 0), называется остаточной магнитной индукцией Br (постоянные магниты). Чтобы размагнитить ферромагнетик, нужно приложить внешнее поле противоположного направления с напряженностью Нс, которая называется коэрцитивной силой. При дальнейшем увеличении напряженности происходит намагничивание противоположного направления по кривой 3-4. Участок 4-5-6 опять отвечает размагничиванию. В дальнейшем процесс перемагничивания происходит по замкнутой кривой 6-1-2-3-4-5-6, которая называется петлей гистерезиса. В зависимости от величины Нс все ферромагнитные материалы разделяют на жесткие и мягкие.
Свойства ферромагнетиков объясняются наличием в них областей, в отсутствии внешнего поля спонтанно намагниченные до насыщения; эти области называются доменами. Размеры доменов ~ (м). Расположение и намагниченность доменов такие, что в отсутствии внешнего поля суммарная намагниченность равна нулю. Во внешнем поле вектора намагниченности доменов частично возвращаются в направлении поля и ферромагнетик намагничивается.