Теперь мы должны рассмотреть намагниченность тел с точки зрения способов её создания или изменения. Установлено, что железный стержень, удерживаемый параллельно направлению земной магнитной силы, становится магнитом с полюсами, повёрнутыми противоположно полюсам Земли, т.е. направленными так же, как полюса стрелки компаса в устойчивом равновесии.

Обнаружено, что любой кусок мягкого железа, помещённый в магнитное поле, проявляет магнитные свойства. Если его поместить в такой участок поля, где магнитная сила велика, как, например, между полюсами подковообразного магнита, то намагниченность железа становится интенсивной. При удалении железа из магнитного поля его магнитные свойства сильно ослабевают или исчезают полностью. Если магнитные свойства железа целиком определяются магнитной силой поля, в которое оно помещено, и исчезают при удалении из этого поля, то такое железо называют Мягким. Железо, мягкое в магнитном смысле, является мягким и буквально тоже: оно легко сгибается, принимает заданную форму, но с трудом разламывается.

Железо, сохраняющее магнитные свойства при удалении из магнитного поля, называется твёрдым. Оно не переходит в магнитное состояние с той податливостью, которая характерна для мягкого железа, но ковка или любой другой вид вибрации позволяет твёрдому железу под влиянием магнитной силы легче осуществлять переход в магнитное состояние и легче расставаться с этим состоянием при удалении намагничивающей силы. Магнитно-твёрдое железо обладает одновременно большей сопротивляемостью к изгибам и большей способностью к разломам.

Процессы ковки, прокатывания, растягивания и быстрого охлаждения способствуют повышению твёрдости железа, а процесс отжига способствует его размягчению.

И магнитные, и механические различия между сталью твёрдой и мягкой закалки гораздо больше, чем между твёрдым и мягким железом. Мягкая сталь намагничивается и размягчается почти также легко, как железо, зато самая твёрдая сталь служит наилучшим материалом для магнитов, которые мы хотели бы сделать постоянными.

Чугун, хотя и содержит больше углерода, чем сталь, не так хорошо сохраняет магнетизм.

Если бы удалось сделать такой магнит, у которого распределение намагниченности не изменялось бы под действием любой приложенной магнитной силы, этот магнит можно было бы назвать жёстко намагниченным телом. Единственным известным телом, удовлетворяющим этому условию, является проводящий контур, в котором поддерживается постоянный электрический ток.

Такой контур проявляет магнитные свойства, и поэтому он может быть назван электромагнитом; эти магнитные свойства не подвержены влиянию со стороны других магнитных сил в поле. К этому вопросу мы вернёмся ещё в IV части.

Всё же реальные магниты независимо от того, изготовлены ли они из закалённой стали или магнитного железняка, подвержены, как выяснилось, влиянию любой магнитной силы, приложенной к ним.

Для научных целей удобно различать постоянную и временную намагниченность, определив постоянную намагниченность, как существующую независимо от магнитной силы, а временную намагниченность, как зависящую от этой силы. Следует заметить, однако, что это различие не основано на знании внутренней природы намагничивающихся веществ - это только выражение гипотезы, введённой ради выполнения расчётов, относящихся к данному явлению. Мы вернёмся к физической теории намагниченности в главе VI.

425. Сейчас мы будем исследовать временную намагниченность в предположении, что намагниченность любой частицы вещества зависит только от магнитной силы, действующей на эту частицу. Эта магнитная сила может быть частично обусловлена внешними причинами, а частично временной намагниченностью соседних частиц.

Про тело, намагниченное посредством действия магнитной силы, говорят, что оно намагничено через индукцию, а про намагниченность такого тела говорят, что она индуцирована намагничивающей силой.

Намагниченность, индуцированная данной намагничивающей силой, в разных веществах различна. Она максимальна в самом чистом и мягком железе, где отношение намагниченности к магнитной силе может достигать значения 32 или даже 45 ¹.

¹ Thalén, Nova Acta, Reg. Soc. Sc., Upsal, 1863.

Другие вещества, такие, как металлы никель и кобальт, плохо поддаются намагничиванию, и всё же под действием достаточно большой магнитной силы все вещества, как это было обнаружено, проявляют признаки полярности.

Когда направление намагниченности совпадает с направлением магнитной силы, как это имеет место в железе, никеле, кобальте и т.д., то такое вещество называется Парамагнитным, Ферромагнитным или просто Магнитным. Когда индуцированная намагниченность направлена противоположно магнитной силе, как это имеет место в висмуте и др., то про такое вещество говорят, что оно является Диамагнитным.

Во всех этих диамагнитных веществах отношение намагниченности к создающей её магнитной силе чрезвычайно мало: в случае висмута, являющегося наиболее сильным диамагнитным веществом из числа известных, оно равно около 1/400 000.

В кристаллических, напряжённых и органических веществах направление намагниченности не всегда совпадает с направлением создающей её магнитной силы. Связь между составляющими намагниченности вдоль осей, связанных с телом, и составляющими магнитной силы можно выразить системой трёх линейных уравнений. Мы покажем, что из девяти коэффициентов, входящих в эти уравнения, только шесть являются независимыми. Явления в телах такого рода фигурируют под названием Магнитокристаллических явлений.

При помещении в поле магнитной силы кристаллы стремятся установиться так, чтобы ось максимальной парамагнитной (или минимальной диамагнитной) индукции была параллельна линиям магнитной силы, см. п. 436.

В мягком железе направление намагниченности совпадает с направлением магнитной силы в точке, и при малых величинах магнитной силы намагниченность примерно пропорциональна ей. Однако с увеличением магнитной силы намагниченность возрастает более медленно и, как следует, по-видимому, из экспериментов, описанных в гл. VI, существует предельное значение намагниченности, которое она не может превысить при любой магнитной силе.

В приводимых далее некоторых элементах теории индуцированного магнетизма мы начнём с предположения о том, что намагниченность пропорциональна магнитной силе и направлена по одной линии с ней.

Определение коэффициента индуцированной намагниченности

426. Пусть ℌ - магнитная сила, определённая, как в п. 398, в каждой точке тела, а 𝔍 - намагниченность в этой точке; отношение 𝔍 к ℌ называется коэффициентом индуцированной намагниченности.

Обозначив этот коэффициент через ϰ, запишем основное уравнение индуцированного магнетизма:

𝔍

=

ϰℌ

.

(1)

Коэффициент ϰ положителен для железа и парамагнитных веществ и отрицателен для висмута и диамагнитных веществ. В железе он достигает значения 1600, по некоторым сведениям он велик также для никеля и кобальта, но во всех остальных случаях это очень маленькая величина, не превышающая 0,000 01.

Сила ℌ возникает частично благодаря действию магнитов, внешних по отношению к телу, намагничиваемому по индукции, а частично благодаря индуцированной намагниченности самого этого тела. И обе эти составляющие удовлетворяют условию существования потенциала.

427. Пусть 𝑉 является потенциалом, обусловленным внешним относительно тела магнетизмом, а Ω - потенциалом, связанным с индуцированной намагниченностью, тогда если 𝑈 есть истинный потенциал, обусловленный обеими этими причинами, то

𝑈

=

𝑉

+

Ω

.

(2)

Пусть проекции магнитной силы ℌ на оси 𝑥, 𝑦, 𝑧 равны α, β, γ, а проекции намагниченности 𝔍 - 𝐴, 𝐵, 𝐶, тогда согласно уравнению (1)