Магнитными свойствами обладают все вещества, поэтому термин «магнетики» применим ко всем без исключения материалам. Посмотрим, как магнитное поле действует на движущиеся заряды (электроны) в молекулах и атомах вещества.
Электрон, вращающийся вокруг ядра атома по замкнутой орбите, представляет собой ток, направление которого противоположно движению электрона (см. рис.). Поскольку это движение аналогично круговому току, возникает магнитное поле и движение электрона можно охарактеризовать орбитальным магнитным моментом .
Вектор орбитального магнитного момента Рm атома равен векторной сумме орбитальных моментов отдельных электронов, входящих в атом , где Z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева.
Независимо от орбитального движения электроны являются источниками магнитного поля, так как они «вращаются вокруг собственной оси», т. е. обладают собственным моментом импульса (спином).
Таким образом, магнетизм атомов обусловлен двумя причинами: движением электронов по орбитам вокруг ядра и собственным моментом импульса (рис.). Кроме того, ядро атома обладает собственным магнитным моментом.
При внесении магнетика во внешнее магнитное поле происходит изменение его свойств, т.е. магнетик намагничивается. Намагниченный магнетик создает собственное магнитное поле с индукцией В', которое складывается с внешним магнитным полем, индукция которого В0. Вектор магнитной индукции В в магнетике определяется по принципу суперпозиции: = 0 + '.
Индукция ' собственного магнитного поля зависит как от 0, так и от магнитной восприимчивости c вещества: ' = c 0.
Тогда = 0 + c 0= 0 (1 + c). (1)
Магнитная индукция поля внутри магнетика зависит от магнитной проницаемости вещества: = m 0. (2)
Из сопоставления формул (1) и (2) следует, что m =1 + c
При наложении внешнего магнитного поля происходит упорядочение направлений векторов магнитных моментов рт отдельных атомов или молекул магнетика, в результате чего макроскопический объем приобретает определенный суммарный магнитный момент. Магнитные свойства магнетика характеризуются вектором намагничения – величиной, равной отношению магнитного момента тела к его объему:
где n – число атомов или молекул, входящих в объем.