Любое вещество является в той или иной степени магнетиком, то есть под действием магнитного поля приобретает магнитный момент (намагничивается).

Природа магнитных свойств веществ обусловлена магнитными моментами электронов и ядер их атомов. Орбитальный магнитный момент электрона обусловлен его движением по орбите . Кроме того, электрон обладает собственным магнитным моментом . Магнитный момент атома .

Намагничение вещества характеризуется магнитным моментом единицы объема – намагниченностью :

.

Намагниченность связана с напряженностью магнитного поля по формуле:

,

где χ – магнитная восприимчивость.

Величина определяется только плотностью макроскопических токов :

,

где  – магнитная проницаемость.

Магнитная восприимчивость χ может быть как положительной, так и отрицательной. При этом магнитная проницаемость μ, соответственно, может быть > 1 и < 1. В зависимости от знака магнитной восприимчивости χ магнетики подразделяются на диамагнетики (χ < 0 и мало), парамагнетики (χ > 0 и мало), ферромагнетики (χ >> 0).

Диамагнетики – вещества, атомы которых в отсутствие магнитного поля не обладают магнитными моментами

.

На электрон, движущийся по орбите, действует вращательный момент , который стремится установить магнитный момент электрона  по направлению магнитного поля . Вектор начинает прецессировать вокруг направления , что приводит к дополнительному движению электрона вокруг направления поля по окружности переменного радиуса . Возникает индуцированный (наведенный) магнитный момент, антипараллельный магнитному полю. Просуммировав его по всем Z электронам атома, и разделив на В, получим магнитную восприимчивость диамагнетика  << 1. Она не зависит ни от величины внешнего магнитного поля, ни от температуры.

Парамагнетики.

Если атомы обладают магнитными моментами ), магнитное поле стремится установить их по направлению , а тепловое движение старается распределить их равномерно по всем направлениям.

В результате устанавливается некоторая преимущественная ориентация атомных магнитных моментов вдоль магнитного поля, тем большая, чем больше величина , и тем меньшая, чем выше температура.

В отсутствие магнитного поля все направления атомных магнитных моментов равновероятны. В магнитном поле атом обладает потенциальной энергией , которая зависит от угла θ.

Считая, что каждый из атомных моментов вносит в результирующий магнитный момент вклад p_mcosθ, и учитывая, что χ << 1, можно определить магнитную воспримчивость парамагнетика: , которая обратно пропорциональна температуре –закон Кюри.

Ферромагнетики. Некоторые вещества способные обладать намагниченностью в отсутствие магнитного поля, а их магнитная проницаемость во много раз (до 10¹⁰) больше проницаемости диа- и парамагнетиков. Для ферромагнетиков зависимость M = f(H) носит сложный вид (кривая намагничения Столетова). Кроме нелинейной зависимости между M и H для ферромагнетиков характерен гистерезис: намагничение не является однозначной функцией напряженности. Величины B_r – остаточная магнитная индукция, Н_с – коэрцитивная сила, μ_max – максимальная магнитная проницаемость – являются основными характеристиками ферромагнетика.

Ферромагнитное состояние существует благодаря не магнитному, а электростатическому взаимодействию электронов – обменному взаимодействию, которое носит чисто квантовый характер. При сближении атомов – образовании кристалла – из-за перекрытия электронных облаков электроны обобществляются и возникает обменное взаимодействие, в результате которого магнитные моменты электронов ориентируются параллельно друг другу. При этом в ферромагнетике возникают области намагничения, называемые доменами. В пределах каждого домена все магнитные моменты электронов направлены одинаково, но направления результирующих моментов для различных доменов различны.

Для каждого ферромагнетика существует точка Кюри (причем ), выше которой домены распадаются, вещество утрачивает свои ферромагнитные свойства и ведет себя как парамагнетик.