§2 Диа- и парамагнетики

Диамагнетиками называются такие вещества, у которых магнитный момент атома в отсутствии внешнего магнитного поля равен нулю.

при

Когда во внешнее магнитное поле помещают какое-либо вещество, то все атомы этого вещества оказываются в магнитном поле, которое изменяет движение электронов в атоме так, что появляется дополнительный ток, подобный индукционному току. Если вектора  и  образуют некоторый угол α, то в магнитном поле  орбита электрона начнёт вращаться вокруг направления  с некоторой угловой скоростью ( - ларморова частота прецессии). Такое движение в механике называют прецессией.

Прецессия электронной орбиты эквивалентна дополнительному движению электрона вокруг магнитного поля помимо вращения вокруг собственной оси и вращения по орбите. Это дополнительное движение электрона в магнитном поле и приводит к возникновению замкнутого индукционного тока, обладающего магнитным моментом, который ориентирован всегда против поля. Таким образом, причина появления дополнительных магнитных моментов – прецессия орбиты электрона.

Поскольку диамагнетики намагничиваются против магнитного поля, их намагниченность отрицательна.

К диамагнетикам относятся металлы Bi, Ag, Au, Cu; вода; стекло; инертные газы и др.

Диамагнетизм присущ всем веществам, но у ряда веществ диамагнитный эффект перекрывается более сильными эффектами.

Парамагнетиками называются вещества, у которых атомы в отсутствии внешнего магнитного поля обладают некоторым постоянным магнитным моментом

при .

Однако, вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому . При наложении магнитного поля возникают силы, ориентирующие магнитные моменты каждого атома. Магнитные моменты стараются выстроиться по полю. Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, сонаправленное с внешним полем и усиливающего его.

Процесс ориентации магнитных моментов атомов во внешнем магнитном поле называется парамагнитным эффектом.

В парамагнетике выстраивающие силы относительно малы по сравнению с силами теплового движения, которые стремятся разрушить упорядочение. Поэтому с понижением температуры магнитная восприимчивость парамагнетиков обычно возрастает.

К парамагнетикам относятся: редкоземельные металлы, Pt, Al, Mg, Cr, O2 и др.

 

§3 Магнитное поле в веществе.

Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость

Ток, протекающий по проводнику, называют макротоком. Магнитное поле, создаваемое такими токами, называют полем макротоков и обозначают . Если вещество поместить в это поле , то магнитные моменты атомов вещества будут ориентированы против поля в диамагнетике и по полю в парамагнетике. Т.е. микротоки вещества создают внутреннее поле , противоположно направленное в диамагнетике и сонаправленное в парамагнетике. Тогда вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля в веществе равен векторной сумме магнитных индукций внешнего поля и поля микротоков

,

где .

Если рассмотреть любое сечение вещества в виде цилиндра, перпендикулярного его оси, то внутри вещества молекулярные токи соседних атомов направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются. Не скомпенсированными будут лишь молекулярные токи на боковой поверхности цилиндра. Ток, текущий по боковой поверхности цилиндра, подобен току в соленоиде и создает внутри него поле

;             N = 1; µ = 1,

Как показывает опыт, в несильных магнитных полях намагниченность прямо пропорциональна напряженности поля , вызывающего намагниченность

[χ] = 1

где χ – безразмерная величина, называемая магнитной восприимчивостью, показывает, как вещество реагирует (намагничивается) на внешнее поле.

 

- связь магнитной проницаемости µ и магнитной проницаемости χ.

Магнитная проницаемость показывает во сколько раз результирующее магнитное поле в веществе больше внешнего намагничивающего поля макротоков .

 

Для диамагнетиков:

χ  < 0;  µ < 1;

χ ~ 10-5 ÷ 10-7.

 

 

 

 

 

Для парамагнетиков:

 

χ > 0;  µ > 1;

χ ~ 10-3 ÷ 10-5.

 

 

 

 

 

К списку лекций

Главная