📂電磁気学

自己密度と強磁性体

説明¹

見た目には磁性のない物体があるとしよう。この物体を原子レベルまで詳しく見てみると、原子核の周りを回る電子によって微小な電流が生じ、これが磁気現象を生み出す。各原子ごとに非常に小さな磁気双極子が生じるのである。しかし原子の向きがすべてばらばらなので、これらの双極子モーメントをすべて足し合わせると $0$ になる。

$$ \mathbf{m}_{\text{net}}=0 $$

したがって巨視的には物体は磁性を持たない。しかしこのとき外部に磁場があると、それぞれの双極子が同じ方向に整列する。小さな双極子でも全て同じ方向を向けば外に現れる効果が生じる。すなわち物体に磁性が生じるということである。

このように外部磁場によって磁気双極子が整列して物体が磁性を帯びると、物体は 磁化された^magnetizedという。外部磁場によって物体がどのように影響を受けるかによって物体を三つに分類できる。

• 双極子が外部磁場と 同じ 方向に整列すれば 常磁性体^paramagnet
• 双極子が外部磁場と 逆 方向に整列すれば 反磁性体^diamagnet
• 外部磁場が消えても物体が引き続き磁性を帯びていれば 強磁性体^ferromagnet

ところでこのような磁化の程度を議論するには、双極子は適切ではない。あまりに微視的なので個々の磁気双極子を一つ一つ数えられない。したがって偏極密度を定義したように、磁化密度^{magnetization}を定義する。単位体積あたりの磁気双極子モーメントを $\mathbf{M}$ と表す。

$$ \mathbf{M} := \dfrac{\text{magnetic dipole moment}}{\text{unit volume}} $$

磁化密度 $\mathbf{M}$ が大きいほど、外部磁場があるとき物体は強い磁性を示す。