Магнитное поле в веществе

Магнитные свойства вещества

Магнитные свойства железа известны с древних времён. Например, в поэме римского философа Лукреция “О природе веществ” (первый век до новой эры) говорится о притяжении и отталкивании магнитов, что железные опилки намагничиваются в присутствии магнита. В Китае две тысячи лет назад написан документ, в котором говорится о применении постоянных магнитов в качестве компасов. Магнитный компас в Европе стали использовать с 12 века. Английский физик У. Гильберт в 1600 г. опубликовал книгу “О магните, магнитных телах и большом магните - Земля”.

Основы современной макроскопической теории магнетизма заложили М. Фарадей, Э. Ленц, Дж. Максвелл, А. Столетов и др. Изучение магнитных свойств веществ имеет большое практическое значение. Магнитные вещества широко используются в радиоэлектронике, вычислительной технике, телевизионной аппаратуре, радиоприёмных устройствах и др.

Физики опытным путём установили, что любое вещество, внесённое во внешнее магнитное поле, намагничивается. В веществе возникает собственное магнитное поле, которое накладывается на внешнее магнитное поле. Изменение состояния вещества под действием внешнего магнитного поля, называется намагничиванием. Все вещества при рассмотрении их магнитных свойств, принято называть магнетиками.

По характеру намагничивания выделяют слабомагнитные вещества и сильномагнитные вещества. У слабомагнитных веществ собственное магнитное поле значительно слабее внешнего магнитного поля.

У сильномагнитных веществ, наоборот, собственное магнитное поле во много раз сильнее внешнего магнитного поля. Все вещества при рассмотрении магнитных свойств делятся на пять видов: единицы (и < 1), так как В > В0. Магнитная восприимчивость х у диамагнетиков всегда является отрицательной величиной (х < 0).

Каждый атом диамагнетика под действием внешнего магнитного поля приобретает магнитный момент, по величине пропорциональный модулю вектора В и направленный навстречу вектора магнитной индукции В магнитного поля. Величина х мала, она слабо зависит от температуры и магнитной индукции В магнитного поля.

Когда диамагнетик находится во внешнем магнитном поле, то собственное магнитное поле диамагнетика ослабляет внешнее магнитное поле. Диамагнитный эффект, обусловленный действием внешнего магнитного поля на орбитальное движение электронов в атоме, в чистом виде имеет место только у диамагнетиков. Диамагнетиками являются все благородные газы: неон Ne, гелий Не, аргон Аг, криптон Кг, ксенон X е, радон Re, ряд металлов: цинк, медь, золото, серебро, платина и др., молекулярные водород, азот, а так же многие органические и неорганические соединения - вода, глицерин и др.

Парамагнетиками называются вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле, в направлении вектора магнитной индукции В. Собственное магнитное поле парамагнетика совпадает с направлением внешнего магнитного поля и усиливает его. Атомы парамагнетика обладают собственным магнитным моментом, и когда отсутствует внешнее магнитное поле (В = 0). Магнитные моменты электронов в атомах не компенсируют друг друга. Парамагнетик не намагничен, когда нет внешнего магнитного поля. Магнитные моменты атомов за счёт теплового хаотического движения ориентированы беспорядочно и взаимно компенсируются. Поэтому намагниченность У равна нулю (У = 0).

Магнитные моменты атомов под действием внешнего магнитного поля парамагнетика ориентируются преимущественно по направлению внешнего магнитного поля. Полной ориентации магнитных моментов по направлению вектора В препятствует тепловое хаотическое движение атомов. С повышением температуры парамагнетика усиливается влияние теплового хаотического движения и для создания заданной намагниченности вещества требуются большие значения магнитной индукции В.

Магнитные моменты всех атомов парамагнетика при достаточно низких температурах в очень сильных магнитных полях направлены параллельно вектору магнитной индукции В внешнего магнитного поля. Тогда намагниченность У парамагнетика не изменяется при дальнейшем росте величины магнитной индукции В. Намагниченность J парамагнетика в слабых магнитных полях пропорциональна магнитной индукции В внешнего магнитного поля и направлена по полю

J ~ В.

Итак, процесс намагничивания парамагнетика состоит в упорядоченном расположении магнитных моментов и ат по отношению к направлению вектора В под действием сил со стороны магнитного поля. В парамагнетике, находящемся во внешнем магнитном поле, орбиты электронов в атомах начинают прецессировать. Поэтому, как и в диамагнетике, в нём возникает дополнительный магнитный момент А ц, направленный противоположно вектору В.

Атомы, обладающие постоянным магнитным моментом // не зависимо от наличия внешнего магнитного поля, ориентированы так, что вектор // ат параллелен вектору В. Магнитные моменты каждого атома прецессируют вдоль направления вектора В с угловой скоростью со i прецессии Лармора.

Совместное действие внешнего магнитного поля и теплового хаотического движения атомов приводит к преимущественной ориентации магнитных моментов // ат атомов по направлению вектора В. Поэтому механизм намагничивания парамагнетиков можно назвать ориентационным.

Упорядоченное расположение магнитных моментов // ат атомов при уменьшении магнитной индукции В внешнего магнитного поля до нуля нарушается под влиянием теплового хаотического движения. В результате парамагнетик размагничивается (/= 0).

В парамагнетике диамагнитный эффект проявляется очень слабо. Практически он остаётся не заметным. Магнитная восприимчивость х парамагнетиков всегда положительная величина, но по модулю меньше единицы (х > О, х < 1). В слабых магнитных полях величина х не зависит от магнитной индукции В, но очень сильно зависит от температуры Т.

Парамагнитными свойствами обладают атомы веществ, у которых нечётное число электронов. Поэтому магнитный момент таких атомов не может быть равным нулю. К парамагнетикам относятся, например, алюминий, натрий, калий.

Классическую теорию парамагнетизма разработал французский физик П. Ланжевен в 1905 г. В основу теории он положил предположение, что атомы парамагнетиков имеют магнитный момент и при отсутствии магнитного поля. В теории диамагнетизма и парамагнетизма используются законы квантовой механики.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >