Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных принципов физики удалось лишь сравнительно недавно.

Существуют магниты двух разных видов. Одни - так называемые постоянные магниты, изготовляемые из "магнитно-твердых" материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из "магнитно-мягкого" железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток.

Магнитные полюса и магнитное поле. Магнитные свойства стержневого магнита наиболее заметны вблизи его концов. Если такой магнит подвесить за среднюю часть так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то он займет положение, примерно соответствующее направлению с севера на юг. Конец

вещества, применяемые при выделке (дублении (См. Дубление)) кожи и меха. Д. в. подразделяют на минеральные и органические. К минеральным Д. в. относят соединения хрома, алюминия, циркония, титана, кремния, железа и др. Большинство этих соединений - основные соли серной кислоты (например, CrOHSO₄ и др.); их применяют для дубления в виде водных растворов. Наиболее широко распространено дубление соединениями хрома (так называемое хромовое дубление), которое применяют для всех основных видов кожи и меха, в особенности при комбинированных методах дубления. В последнем случае предварительное хромовое дубление (хромирование) обеспечивает высокую проницаемость кожаного полуфабриката, что резко ускоряет последующее дубление (додубливание) органическими Д. в., повышает термостойкость и износостойкость кожи. Перспективные Д. в. - соединения циркония, сообщающие коже повышенную износостойкость, гладкую и плотную лицевую поверхность.

Органические Д. в. подразделяют на животные и растительные, искусственные и синтетические. К животным Д. в. относят высоконепредельные жиры различных рыб и морских животных (так называемые ворвани), применяемые для выработки замши. Д. в. растительного происхождения - танниды, содержатся в различных органах растений. Эти Д. в. извлекают из измельчённого материала экстрагированием водой или слабыми растворами сернисто-кислых соединений при повышенной температуре. Затем растворы таннидов и сопутствующих веществ концентрируют, превращая в жидкий или твёрдый экстракты. Танниды, извлечённые из различных видов растений, отличаются химическим строением, свойствами и могут быть подразделены на: гидролизующиеся, конденсированные и смешанные. В гидролизующихся таннидах составные части молекулы соединены с помощью эфирных связей. Типичные представители этой группы - таннины (сложные эфиры фенолкарбоновых кислот и простейших углеводов, преимущественно гексоз). Основу большинства конденсированных Д. в. составляют различные полиоксипроизводные 3-оксифлавана. В твёрдом виде танниды обычно аморфные вещества, растворяющиеся неограниченно в воде. Растворы таннидов могут быть использованы для дубления любых видов кожи (иногда шубной овчины), как самостоятельно, так и в комбинации с другими Д. в.

Искусственные Д. в. - высокомолекулярные органические соединения, обладающие дубящими свойствами. Эти Д. в. - побочные продукты производств, перерабатывающих органическое сырьё. Для удобства применения в качестве дубителей эти продукты концентрируют и иногда очищают. Типичные представители искусственных Д. в. - сульфитцеллюлозные экстракты, получаемые из заводских отходов переработки целлюлозы. Основной компонент любого сульфитцеллюлозного экстракта, определяющий его кожевенно-технологические свойства, - лигносульфоновые кислоты. Эти Д. в. обладают высокой устойчивостью и быстрее, чем танниды, проникают в кожаный полуфабрикат, однако их остальные показатели (температура сваривания, наполнение и формирование объёма кожи) хуже, чем у таннидов. Очищенные от солей кальция концентраты лигносульфоновых кислот широко применяют для получения высококачественных синтетических дубителей.

Синтетические Д. в., или синтаны, получают из различных органических соединений. Основным сырьём для производства синтанов служат фенол и его производные, ароматические углеводороды (например, нафталин), нафтолы, сульфоны, лигносульфоновые кислоты, формалин, мочевина и др. Синтаны подразделяют на вспомогательные, применяемые в небольших количествах совместно с растительными Д. в.; заменители таннидов, используемые самостоятельно или в смеси с таннидами в количестве до 60\% от массы всего дубителя; специального назначения, применяемые для дубления и одновременной окраски, отбеливания, жирования и др. целей. Создание высококачественных синтетических Д. в. позволяет сократить или полностью прекратить переработку на дубильные экстракты ценной дубовой древесины, расширить ассортимент и свойства дубителей (применительно к различным схемам кожевенного производства), улучшить качество и интенсифицировать процесс производства кожи. Применение синтанов из года в год увеличивается и составляет в балансе органических Д. в. нашей страны около 40\%.

Из простейших органических веществ дубящими свойствами обладают хиноны и формальдегид. Последний применяют в комбинированном дублении с таннидами и соединениями хрома.

Лит.: Химия и технология кожи и меха, 2 изд., М., 1970.

Л. П. Гайдаров.

Одно из первых обширных и систематических исследований магнитных свойств вещества было предпринято П.Кюри. Он установил, что по своим магнитным свойствам все вещества можно разделить на три класса. К первому относятся вещества с резко выраженными магнитными свойствами, подобными свойствам железа. Такие вещества называются ферромагнитными; их магнитное поле заметно на значительных расстояниях (см. выше). Во второй класс попадают вещества, называемые парамагнитными; магнитные свойства их в общем аналогичны свойствам ферромагнитных материалов, но гораздо слабее. Например, сила притяжения к полюсам мощного электромагнита может вырвать из ваших рук железный молоток, а чтобы обнаружить притяжение парамагнитного вещества к тому же магниту, нужны, как правило, очень чувствительные аналитические весы. К последнему, третьему классу относятся так называемые диамагнитные вещества. Они отталкиваются электромагнитом, т.е. сила, действующая на диамагнетики, направлена противоположно той, что действует на ферро- и парамагнетики.

Измерение магнитных свойств. При изучении магнитных свойств наиболее важное значение имеют измерения двух типов. Первый из них -измерения силы, действующей на образец вблизи магнита; так определяется намагниченность образца. Ко второму относятся измерения "резонансных" частот, связанных с намагничением вещества. Атомы представляют собой крошечные "гироскопы" и в магнитном поле прецессируют (как обычный волчок под влиянием вращающего момента, создаваемого силой тяжести) с частотой, которая может быть измерена. Кроме того, на свободные заряженные частицы, движущиеся под прямым углом к линиям магнитной индукции, действует сила, как и на электронный ток в проводнике. Она заставляет частицу двигаться по круговой орбите, радиус которой дается выражением

R = mv/eB,

где m - масса частицы, v - ее скорость, e - ее заряд, а B - магнитная индукция поля. Частота такого кругового движения равна

где f измеряется в герцах, e - в кулонах, m - в килограммах, B - в теслах. Эта частота характеризует движение заряженных частиц в веществе, находящемся в магнитном поле. Оба типа движений (прецессию и движение по круговым орбитам) можно возбудить переменными полями с резонансными частотами, равными "естественным" частотам, характерным для данного материала. В первом случае резонанс называется магнитным, а во втором - циклотронным (ввиду сходства с циклическим движением субатомной частицы в циклотроне).

Говоря о магнитных свойствах атомов, необходимо особо остановиться на их моменте импульса. Магнитное поле действует на вращающийся атомный диполь, стремясь повернуть его и установить параллельно полю. Вместо этого атом начинает прецессировать вокруг направления поля (рис. 10) с частотой, зависящей от дипольного момента и напряженности приложенного поля.

Прецессия атомов не поддается непосредственному наблюдению, поскольку все атомы образца прецессируют в разной фазе. Если же приложить небольшое переменное поле, направленное перпендикулярно постоянному упорядочивающему полю, то между прецессирующими атомами устанавливается определенное фазовое соотношение и их суммарный магнитный момент начинает прецессировать с частотой, равной частоте прецессии отдельных магнитных моментов. Важное значение имеет угловая скорость прецессии. Как правило, это величина порядка 1010 Гц/Тл для намагниченности, связанной с электронами, и порядка 107 Гц/Тл для намагниченности, связанной с положительными зарядами в ядрах атомов.

Принципиальная схема установки для наблюдения ядерного магнитного резонанса (ЯМР) представлена на рис. 11. В однородное постоянное поле между полюсами вводится изучаемое вещество. Если затем с помощью небольшой катушки, охватывающей пробирку, возбудить радиочастотное поле, то можно добиться резонанса на определенной частоте, равной частоте прецессии всех ядерных "гироскопов" образца. Измерения сходны с настройкой радиоприемника на частоту определенной станции.

Методы магнитного резонанса позволяют исследовать не только магнитные свойства конкретных атомов и ядер, но и свойства их окружения. Дело в том, что магнитные поля в твердых телах и молекулах неоднородны, поскольку искажены атомными зарядами, и детали хода экспериментальной резонансной кривой определяются локальным полем в области расположения прецессирующего ядра. Это и дает возможность изучать особенности структуры конкретного образца резонансными методами.

Расчет магнитных свойств. Магнитная индукция поля Земли составляет 0,5?10-4 Тл, тогда как поле между полюсами сильного электромагнита - порядка 2 Тл и более.

Магнитное поле, создаваемое какой-либо конфигурацией токов, можно вычислить, пользуясь формулой Био - Савара - Лапласа для магнитной индукции поля, создаваемого элементом тока. Расчет поля, создаваемого контурами разной формы и цилиндрическими катушками, во многих случаях весьма сложен. Ниже приводятся формулы для ряда простых случаев. Магнитная индукция (в теслах) поля, создаваемого длинным прямым проводом с током I (ампер), на расстоянии r (метров) от провода равна

Индукция в центре кругового витка радиуса R с током I равна (в тех же единицах):

Плотно намотанная катушка провода без железного сердечника называется соленоидом. Магнитная индукция, создаваемая длинным соленоидом c числом витков N в точке, достаточно удаленной от его концов, равна

Здесь величина NI/L есть число ампер (ампер-витков) на единицу длины соленоида. Во всех случаях магнитное поле тока направлено перпендикулярно этому току, а сила, действующая на ток в магнитном поле, перпендикулярна и току, и магнитному полю.

Поле намагниченного железного стержня сходно с внешним полем длинного соленоида с числом ампер-витков на единицу длины, соответствующим току в атомах на поверхности намагниченного стержня, поскольку токи внутри стержня взаимно компенсируются (рис. 12). По имени Ампера такой поверхностный ток называется амперовским. Напряженность магнитного поля Ha, создаваемая амперовским током, равна магнитному моменту единицы объема стержня M.

Если в соленоид вставлен железный стержень, то кроме того, что ток соленоида создает магнитное поле H, упорядочение атомных диполей в намагниченном материале стержня создает намагниченность M. В этом случае полный магнитный поток определяется суммой реального и амперовского токов, так что B = ?0(H + Ha), или B = ?0(H + M). Отношение M/H называется магнитной восприимчивостью и обозначается греческой буквой ?; . - безразмерная величина, характеризующая способность материала намагничиваться в магнитном поле.

Величина B/H, характеризующая магнитные свойства материала, называется магнитной проницаемостью и обозначается через ?a, причем ?a = ?0?, где ?a - абсолютная, а . - относительная проницаемости,

. = 1 + ?.

В ферромагнитных веществах величина . может иметь очень большие значения -до 104?106. Величина . у парамагнитных материалов немного больше нуля, а у диамагнитных - немного меньше. Лишь в вакууме и в очень слабых полях величины . и . постоянны и не зависят от внешнего поля. Зависимость индукции B от H обычно нелинейна, а ее графики, т.н. кривые намагничивания, для разных материалов и даже при разных температурах могут существенно различаться (примеры таких кривых приведены на рис. 2 и 3).

Магнитные свойства вещества весьма сложны, и для их глубокого понимания необходим тщательный анализ строения атомов, их взаимодействий в молекулах, их столкновений в газах и их взаимного влияния в твердых телах и жидкостях; магнитные свойства жидкостей пока наименее изучены.

то же, что Дубящие вещества.

см. Магнитные аномалии.