Magnetoituma

Magnetoituma on magnetismiin liittyvä suure, jolla tarkoitetaan magneetin magneettimomenttia jaettuna sen tilavuudella. Aineen magnetoitumisen voi aiheuttaa joko sen elektronien ratapyörimismäärä, jota voi ajatella atomiydinten ympäri kiertävänä mikroskooppisena sähkövirtana, tai elektronien sisäinen pyörimismäärä eli spin. Useimmissa aineissa eri atomien elektronien kiertoliike tapahtuu kuitenkin aivan eri suuntiin, jolloin ne kumoavat toistensa vaikutuksen. Magnetoituneessa aineessa huomattava osa elektronien magneettimomenteista kuitenkin on samansuuntaisia, jolloin ne vahvistavat toisiaan.

Aine voi tulla magneettiseksi eli magnetoitua ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta, jolloin atomien magneettimomentit kääntyvät suurelta osin samansuuntaisiksi. Ilmiö on kuitenkin heikko muilla paitsi ferromagneettisilla aineilla, esimerkiksi raudalla.

Magneettikenttään liittyviä suureita

Magneettikenttään liittyviä kenttäsuureita ovat magneettivuon tiheys B ja magneettikentän voimakkuus H. Näistä edellisen yksikkö on tesla (1 T = 1 Vs/m²), jälkimmäisen ampeeri metriä kohti (1 A/m). Tyhjiössä näiden suhde on vakio, tyhjiön permeabiliteetti eli magneettivakio $\mu _{0}$ = 4 π · 10^-7 Vs/Am. Sähkövirta synnyttää ympärilleen magneettikentän, jonka kenttävoimakkuus on suoraan verrannollinen virtaan ja kääntäen verrannollinen etäisyyteen virtajohtimesta. Magneettivuon tiheys taas kuvaa sitä, kuinka suurella voimalla kenttä vaikuttaa siellä liikkuvaan varaukseen.

Väliaineessa magneettivuon tiheys B poikkeaa siitä, mikä se olisi tyhjiössä. Tämä voidaan esittää yhtälöllä

$\mathbf {B} =\mu _{0}\mathbf {(H+M)}$

missä M on aineen magnetoituma. Tässä yhtälössä H kuvaa sitä ulkoista magneettikenttää, jossa kappale on, B taas sitä magneettikenttää, joka syntyy tämän ulkoisen kentän ja kappaleen oman magnetoitumisen yhteisvaikutuksesta.

Magnetoituman yksikkö on sama kuin kenttävoimakkuudenkin, 1 A/m.

Diamagneettisissa ja paramagneettisissa aineissa H ja M ovat yleensä suoraan verrannollisia:

$\mathbf {M} =\chi _{m}\mathbf {H}$

missä kerrointa $\chi _{m}\,$ sanotaan magneettiseksi suskeptibiliteetiksi. Ferromagneettisissa aineissa nämä suureet eivät vastaa toisiaan yksikäsitteisesti, sillä tällainen aine jää magneettiseksi vielä sen jälkeenkin, kun se on poistettu ulkoisesta magneettikentästä. Tämä jäännösmagnetismi on toisinaan heikkoa ja häviää nopeasti, mutta ns. magneettisesti kovilla aineilla se säilyy kauan, niin että niistä voidaan tehdä kestomagneetteja.

Kirjallisuutta

• Voipio, Erkki: Sähkö- ja magneettikentät. (Moniste 381) Espoo: Otakustantamo, 1987. ISBN 951-672-038-2