解释反磁性、顺磁性和铁磁性材料

本文研究了三种不同类型的磁性材料以及它们对外部磁场的反应。

磁性材料大致可分为三大类：反磁性、顺磁性和铁磁性。要彻底了解这些材料如何与外部场相互作用，需要掌握量子理论知识。然而，我们仍然可以使用简化的解释来获得对这些材料性质的基本理解。

关键概念

在本系列的前一篇文章中，我们讨论了物质中磁性的一些基本概念。我们了解到，对于放置在均匀磁场（B0）中的材料，材料（B）内部的总磁场由下式给出：

等式1。

其中希腊字母χ是一个称为磁化率的比例因子。在这个方程中，χ作为因子（1+χ）的一部分出现。这个系数被称为相对渗透率，通常用μr表示。

根据材料的类型，磁化率可以是正的，也可以是负的。当它为正时，外部场在材料内部得到增强。另一方面，负磁化率意味着材料的磁响应与施加的场相反，这导致总场略小于外部场。

我们还了解到，材料的磁响应是由其原子磁矩和外部磁场之间的相互作用产生的。但这些互动实际上是如何发生的呢？让我们从研究抗磁性开始，因为它是最容易在没有量子力学的情况下解释的。

抗磁性

反磁性材料产生与外部磁场相反的磁矩。图1显示了原子的经典模型，可以帮助我们理解这种行为。在这个模型中，电子绕原子核运行。电子在半径为r的圆形轨道上以恒定速度v0移动；电子的角速度用⍵0表示。

电子绕原子核运行的经典模型。

图1。电子绕原子核运行的经典模型。图片由Steve Arar提供

我们从高中物理中知道，加速度等于力除以质量($a=\frac{F}{m}$