Электромагнитные свойства вещества.

До сих пор мы рассматривали взаимодействие зарядов и токов в вакууме, не

учитывая влияния окружающей среды. Однако это влияние весьма существенно. Чтобы понять поведение вещества в электромагнитном поле, необходимо принять во внимание его молекулярную структуру и прежде всего то, что заряды, входящие в его состав, могут под действием внешних силовых полей либо перемещаться в пределах одной молекулы, т. е. оставаться связанными, либо переходить от одной молекулы к другой, т. е. быть свободными.

Обычно свободными являются электроны в металлах и ионы в электролитах и ионизованных газах. Они-то и вносят основной вклад в ток проводимости. В случае внешних электрических полей малых по сравнению с молекулярными полями, ток проводимости удовлетворительно описывается линейным законом Ома

где приложенное к образцу между точками 7 и 2 напряжение

Важной характеристикой образца является его проводимость Отнесенная к образцу длиной 1 см и площадью поперечного сечения она называется удельной электрической проводимостью или электропроводимостью В общем случае зависит от температуры концентрации примесей, напряженности поля и других факторов. По электропроводимости все вещества условно делят на три группы: проводники диэлектрики и полупроводники

Поскольку диэлектрики имеют относительно низкую электропроводимость, их поведение в электрическом поле в основном определяется связанными зарядами. Последние, смещаясь под действием внешнего поля созданного, например, конденсатором, между обкладками которого помещен исследуемый образец, приводят к поляризации вещества, проявляющейся в ослаблении напряженности поля внутри диэлектрика:

где в — диэлектрическая проницаемость вещества.

Зависимость (1.20) является очень грубым упрощением, справедливым лишь для не очень сильных полей и изотропных сред. Гораздо чаще связь и является тензорной и нелинейной

или еще более сложной.

Для большинства газообразных веществ диэлектрическая проницаемость в лишь немного превышает но в жидкостях и кристаллах она может быть весьма значительной

Особый интерес представляют сегнетоэлектрики, имеющие Для них характерно наличие областей с чрезвычайно высокими внутренними полями — доменов. При наложении электрических полей, превышающих некоторое критическое значение, может произойти пробой диэлектрика, в результате чего он превращается в проводник (резко растет ).

Магнитные свойства сред также весьма разнообразны. Вещества, искажающие приложенное внешнее магнитное поле называются магнетиками. В отличие от диэлектриков здесь принято выражать внутреннее поле В образца через внешнее поле т. е.

где (I — магнитная проницаемость вещества (хотя по аналогии с диэлектриками более естественно было бы назвать так величину Как и (1.20), соотношение (1.22) является очень грубым приближением, верным лишь для слабых полей, и в большинстве случаев должно быть заменено более сложным.

Надо отметить, что всем веществам присущ диамагнитный эффект, т. е. эффект ослабления поля (для чистых диамагнетиков Обусловлен он тем, что при включении внешнего магнитного поля в веществе наводятся индукционные токи, которые по правилу Ленца ослабляют поле. Но эффект этот обычно очень слаб и на него накладываются более сильные, вызванные молекулярными токами {парамагнетизм). Последние всегда ориентируются по внешнему полю и усиливают его (для парамагнетиков Для большинства веществ парамагнитный эффект тоже очень слаб существенно зависит от температуры. Однако имеются вещества с резко выраженной доменной структурой (ферромагнетики), для которых и зависимость В от сильно нелинейна. Некоторые из них сочетают ферромагнитные и диэлектрические свойства (ферродиэлектрики).

Особого внимания заслуживает явление сверхпроводимости, открытое голландским физиком Г. Камерлинг-Оннесом (1911). Проявляется оно при чрезвычайно низкой температуре у некоторых металлов и сплавов и состоит не только в полном исчезновении сопротивления но и в выталкивании из образцов магнитного поля (эффект Мейсснера). Тем самым сверхпроводник ведет себя как идеальный диамагнетик эквивалентно Удивительные свойства сверхпроводников получили объяснение лишь совсем недавно (1957).