Эта теория описывает «механизм» возникновения диамагнетизма. Он порождается теми атомами, которые не имеют магнитных свойств, если на них не действуют внешние магнитные поля. Под влиянием внешнего магнитного поля такие атомы приходят в своеобразное круговое движение — начинают прецессировать. Это значит, что ось таких атомов при появлении магнитного поля начинает двигаться вокруг направления поля. Это явление подобно тому, как ось вращающегося волчка кружится вокруг направления силы тяжести, сохраняя постоянный наклон относительно вертикальной линии.
По закону Ленца вращение атомных осей таково, что оно препятствует увеличению внешнего поля. При этом внешнее магнитное поле выталкивает из себя образец, сделанный из диамагнитного вещества. Это и есть основной признак диамагнетизма, открытый Фарадеем.
Если же атомы вещества изначально обладают магнитными свойствами, то внешнее магнитное поле поворачивает эти атомы так, что их элементарные магнитики направляются вдоль внешнего магнитного поля. Таковы атомы парамагнитных веществ. Магнитные поля таких атомов складываются с внешним магнитным полем.
Теория объясняет почему парамагнитные вещества не проявляют магнитных свойств, если на них не действует внешнее магнитное поле. В этом случае хаотические тепловые движения атомов действуют так, что их элементарные магнитики оказываются хаотически ориентированными в пространстве. Порождаемые ими магнитные поля взаимно гасят друг друга. При этом вещество ведет себя как немагнитное.
Под воздействием внешнего магнитного поля хаотически распределенные в пространстве оси парамагнитных атомов ориентируются преимущественно вдоль поля. Это и вызывает парамагнетизм.
Теория объясняет и магнитные свойства железа. Атомы железа парамагнитны. Но магнитное взаимодействие между ними так велико, что большинство ближайших атомов вследствие этого взаимодействия ориентируется параллельно. Однако при этом не достигается единая ориентация магнитных осей всех атомов вещества. Вещество оказывается разбитым на множество малых частей, называемых доменами. В каждом из них атомные магнитики ориентированы одинаково. Но распределение направления намагничения множества доменов настолько хаотично, что вне куска железа невозможно обнаружить намагничение отдельных доменов.
Внешнее магнитное поле заставляет магнитные поля доменов повернуться так, что их магнитные поля усиливают внешнее магнитное поле.
При выключении внешнего магнитного поля возможны два различных результата. В первом случае образец остается намагниченным. Это происходит когда, после исчезновения намагничивающего поля, домены сохраняют общее направление намагниченности. Так возникают постоянные магниты. Во втором случае, после выключения намагничивающего поля восстанавливается хаотическая ориентация магнитных полей доменов.
В этой главе мы проследили за важной эволюцией в понимании сути процессов взаимодействия тел, обладающих электрическими и магнитными свойствами. Вначале эти свойства приписывали электрическим и магнитным жидкостям или флюидам, содержащимся в соответствующих телах. Переход от качественных описаний к измерениям и вычислениям привел к замене флюидов электрическими зарядами и магнитными полюсами. Одновременно возникло представление о том, что электрическое и магнитное взаимодействие сводится к силам, порождаемым электрическими зарядами и круговыми движениями этих зарядов.
Так в учение об электричестве и магнетизме проникло дальнодействие. Здесь, несомненно, решающую роль сыграло полное соответствие формы закона Кулона и закона тяготения, а также данное Лапласом объяснение того, почему форма закона Био-Савара содержит зависимость от первой степени расстояния, а не от квадрата расстояния.
Важнейшим в этой главе является выяснение глубокой общности между электричеством и магнетизмом и отказ от идеи дальнодействия в электрических и магнитных взаимодействиях. Этим мы обязаны Фарадею. Ему удалось отбросить представление о дальнодействии, введя представление о магнитном и электрическом полях, реализуемых в форме натяжений эфира. Натяжения эфира порождаются электрическими зарядами и магнитами. Именно натяжения передают через пространство, заполненное эфиром, взаимодействия между зарядами и магнитами.