Magnetiseeritus

Kui aine puutub kokku magnetväljaga, toimub üldjuhul magnetiseerumine. Magnetiseerumise tagajärjel tekib aines täiendav magnetväli, mis kattub välise magnetväljaga. Eristatakse aineid, millel on diamagnetilised, paramagnetilised ja ferromagnetilised omadused.

Kui magnetiseeritus on välise magnetväljaga samasuunaline, räägitakse paramagnetismist. Ferromagnetsetes kehades on magnetiseeritus samuti välise magnetväljaga samasuunaline, kuid tänu erilise vastasmõju, nn vahetusvastasmõju, olemasolule palju stabiilsem kui lihtsates paramagnetites.

Diamegnetilistes materjalides on magnetiseeritus välise magnetväljaga vastassuunaline. Tugevat magnetiseerumist täheldatakse eriti ferromagnetsetes ainetes (nt raud). Seda saab hõlpsasti katseliselt kontrollida.

Eksperiment ferromagnetsete ainete magnetiseerumise kohta

Kui rauasisaldusega keha (nt käärid) puutub kokku tugeva magneti magnetväljaga, täheldatakse, et käärid võivad näiteks rauasisaldusega nööpnõelu ligi tõmmata ka siis, kui magnet on kääridest juba eemaldatud. Seda püsima jäänud magnetiseeritust nimetatakse remanentsiks.

Magnetiseerituse kvantifitseerimine magnetilise permeaabluse abil

Magnetiseeritus M, mis tekib kindla välise magnetvälja korral, kvantifitseeritakse magnetilise permeaabluse μ abil.

Lihtsustatult võib ette kujutada, et permeaablus μ näitab, kui tugevasti muutub magnetväli H aine mõju all, kui mõjub väline magnetväli H₀. Kehtib: H=μ•H₀. Magnetväli H on omakorda välise magnetvälja H₀ ja keha magnetiseerituse M summa: H=H₀+M. Seega kehtib magnetiseerituse kohta:

M=H-H₀=μ•H₀-H₀=(μ-1)•H₀
Vaakumi permeaablus on μ=1. Seega ei ole võimalik vaakumit magnetiseerida. Vaakumi magnetiseeritus M on M=0.

Paramagnetsetel ainetel on permeaablus veidi suurem kui 1. Diamagnetsete ainete permeaablus on veidi väiksem kui 1. Seetõttu on magnetiseeritus negatiivne. See tähendab, et see on suunatud vastu välisele väljale H₀. Ülijuhis on permeaablus μ=0. Seega on ülijuhi magnetiseeritus välisele väljale vastassuunaline ja moodulilt sama suur kui väline väli. Nii on ülijuhi sisemus väljast vaba ja ülijuht hõljub magnetväljas.

Ferromagneetidel võib permeaablus olla väga suur. Raual võib μ ulatuda väärtusteni kuni 10 000, erilised ferromagnetilised, nn amorfsed metallid, saavutavad väärtused μ = 150 000. Nii suurte permeaabluste korral on magnetiseeritus välises magnetväljas H₀ ligikaudu M ≈ μ•H₀.

Magnetiseerituse füüsikaline põhjus

Magnetiseerituse füüsikalise põhjuse mõistmiseks võib ette kujutada, et iga aine koosneb aatomitest, millel on aatomituumad ja elektronid. Magnetiseerimisefektide eest vastutavad eelkõige elektronid.

Kui rakendatakse välist magnetvälja, indutseeritakse selle magnetvälja mõjul elektronide liikumised ehk voolud. See põhjustab diamagnetismi (vt joonis). Lenzi reegli kohaselt on need voolud suunatud nii, et nad toimivad oma põhjusele vastupidiselt. Seetõttu on aines magnetiseeritus välisele väljale vastassuunaline. Siiski võib juhtuda, et lisanduvad paramagnetilised või ferromagnetilised omadused katavad aine diamagnetismi. Elektronidel on nimelt niinimetatud elektronspinn, millel on magnetilised omadused. Elektronispinnid moodustavad aines elementaarsed magnetid. Spinnil on kindel magnetiline moment. Kui mitte iga üksiku aatomi kõik elektronispinnid ei ole vastassuunalise spinniga elektroni poolt kompenseeritud (enamasti materjalides, millel on paarisarv elektrone aatomi kohta), siis võivad nende spinnide magnetilised momendid välises magnetväljas joonduda. Sel juhul käitub proov ise nagu magnet. Magnetiseeritus on välise väljaga samasuunaline.

Ferromagnetist räägitakse siis, kui aatomaarsete spinnide joondumine stabiliseerub. Selle põhjustab vahetusvahetoime. Iga tilluke elementaarne magnet stabiliseeritakse oma suunas. Keha jääb siis ka tervikuna märgatavalt magnetiliseks, kui väline magnetväli välja lülitatakse, ning täheldatakse remanentsi. Paramagnetide puhul kaob seevastu magnetiseeritus kohe, kui väline väli välja lülitatakse.

Magnetiseeritud ferromagnetilise keha demagnetiseerimine on saavutatav, kui joondunud elektronispinnid uuesti läbisegi ajada.

Seda saab saavutada kuumusega (soojendamine üle niinimetatud Curie temperatuuri), tugeva löögi(te)ga või vastupidise polaarsusega magnetväljaga.