Все вещества в природе по магнитным свойствам можно разделить на две группы: слабомагнитные вещества (диамагнетики, парамагнетики, антиферромагнетики) и сильномагнитные вещества (ферромагнетики и ферримагнетики). Что бы понять, чем отличаются эти вещества друг от друга при их помещении в магнитное поле, необходимо вспомнить некоторые понятия из школьного курса физики.
Во-первых, известно, что любое магнитное поле создаётся электрическим током или постоянным магнитом.
Во-вторых, движение электронов в атомах порождает образование в этих атомах элементарных электрических токов, которые циркулируют в некоторых плоскостях. Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу из-за теплового движения молекул (рисунок 1, а), то их действия взаимно компенсируются, и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия складываются (рисунок 1, б).
Рисунок 1 – Хаотичное (а) и упорядоченное (б) расположение плоскостей
В-третьих, векторная величина для плоского замкнутого электрического контура, численно равная произведению силы тока (в контуре) на площадь, ограниченную контуром и направленную перпендикулярно к плоскости в соответствии с правилом правого буравчика есть магнитный момент. На рисунке 2 обозначены: площадь S, ограниченная плоским замкнутым электрическим контуром, магнитный момент pm, единичный вектор нормали к площади контура n.
Рисунок 2 – Графическое пояснение к определению магнитного момента
Теперь перейдём к рассмотрению указанных выше типов веществ. ГОСТ 19693-74 (Материалы магнитные. Термины и определения) даёт следующие определения диамагнетика, парамагнетика, антиферромагнетика, ферромагнетика и ферримагнетика.
Диамагнетик – это вещество, атомы, ионы или молекулы которого не имеют результирующего магнитного момента при отсутствии внешнего магнитного поля. Такие вещества характеризуются тем, что ослабевают внутри себя магнитное поле, которое действует на них извне (примеры диамагнетиков: медь, серебро, золото, свинец, ртуть, индий и др.).
Парамегнетик – это вещество, атомы, ионы или молекулы которого имеют результирующий магнитный момент при отсутствии внешнего магнитного поля. Если такое вещество поместить во внешнее постоянное магнитное поле, то его магнитная восприимчивость будет положительна, но много меньше единицы. Т.е. парамагнетики при помещении их в магнитное поле незначительно усиливают его внутри себя (примеры парамагнетиков: алюминий, платина, олово, магний, титан и др.).
Ферромагнетик – это кристаллическое вещество, в котором магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причём результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля. Эти вещества характеризуются способностью сильно намагничиваться даже в слабых магнитных полях (примеры ферромагнитных материалов: железо, никель, кобальт и их сплавы, сплавы хрома и марганца и др.).
Антиферромагнетик – кристаллическое вещество, в котором магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причём результирующие магнитные моменты каждого из доменов равны нулю.
Ферримагнетик – кристаллическое вещество, магнитную структуру которого можно представить в виде двух или более подрешёток, магнитные моменты атомов или ионов которых находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причём результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля. Эти вещества, имеют свойства подобные ферромагнетикам, но значительно уступают им по значению предельной намагниченности (манганиты, ферриты, хромиты и др.).
Исходя из приведённой классификации веществ по их магнитным свойствам можно дать определение магнитного материала – это материал, обладающий свойствами ферромагнетика или ферримагнетика.