Магнитный момент и момент количества движения электронов в
Диамагнетизм
Парамагнетизм
Ферромагнетизм
ТУТ ТЕОРИЯ СПЛОШНЫМ ТЕКСТОМ, ДЕЛО В ТОМ, ЧТО ПОЧТИ КАЖДОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ МОЖНО НАПИСАТЬ КАК ОТВЕТ НА НЕСКОЛЬКО ВОПРОСОВ, ТАК ЧТО ВСЕ РЕБЯТА УМНЫЕ, БУДЕМ БРАТЬ ОТСЮДА НУЖНОЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕННОГО ВОПРОСА
Опыт и теория показывают, что все вещества, помещенные в магнитное поле, приобретают магнитные свойства, т.е. намагничиваются, и потому в некоторой мере изменяют внешнее (первоначальное) поле. При этом оказывается, что одни вещества ослабляют внешнее поле, а другие – усиливают его; первые называются диамагнитными, вторые – парамагнитными веществами, или, короче, диамагнетиками и парамагнетиками. Среди парамагнетиков резко выделяется группа веществ, вызывающих очень большое усиление внешнего поля. Эти вещества называются ферромагнетиками. Подавляющее большинство веществ относится к диамагнетикам. Диамагнетиками являются такие элементы, как фосфор, сера, сурьма, углерод, многие металлы (висмут, ртуть, золото, серебро, медь и др.), большинство химических соединений (в том числе вода и почти все органические соединения). К парамагнетикам относятся некоторые газы (кислород, азот) и металлы (алюминий, вольфрам, платина, щелочные и щелочноземельные металлы). В довольно малочисленную группу ферромагнетиков входят железо, никель, кобальт, гадолиний и диспрозий, а также некоторые сплавы и окислы этих металлов и некоторые сплавы марганца и хрома.
Выясним физические причины диа-, пара- и ферромагнетизма.
В атомах и молекулах любого вещества имеются круговые токи, образованные движением электронов по орбитам вокруг ядер – орбитальные точки. Каждому орбитальному току соответствует определенный магнитный момент (Произведение силы кругового тока на обтекаемую им площадь называется магнитным моментом pm кругового тока;Pm = IS), называемый орбитальным магнитным моментом. Кроме того, электроны обладают собственным, или спиновым, магнитным моментом (Первоначально предполагалось, что собственный магнитный момент электрона обусловлен вращением электрона вокруг своей оси. Однако в дальнейшем выяснилось, что спиновый магнитный момент является первичной характеристикой электрона, которую нельзя свести к чему либо более простому.) Собственным магнитным моментом обладает также ядро атома.
Геометрическая сумма орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов и собственного магнитного момента ядра образует магнитный момент атома (молекулы) вещества.
|
1) 2)
|  |
Однако под влиянием внешнего магнитного поля у этих атомов возникает магнитный момент, направленный всегда противоположно внешнему полю (рис. 2, образовавшиеся магнитные моменты изображены стрелками; Н – напряженность внешнего магнитного поля). В результате диамагнитная среда намагничивается и создает собственное магнитное поле, направленное противоположно внешнему полю и поэтому ослабляющее его). Образовавшиеся магнитные моменты атомов диамагнетика сохраняется до тех пор, пока существует внешнее поле. При ликвидации внешнего поля образовавшиеся магнитные моменты атомов исчезают и диамагнетик размагничивается.
- У атома(молекулы) парамагнитных веществ орбитальные, спиновые и ядерные магнитные моменты не компенсируют друг друга. Поэтому атомы парамагнетика всегда обладают магнитным моментом, являясь как бы элементарными магнитами. Однако атомные магнитные моменты расположены беспорядочно и потому парамагнитная среда в целом не обнаруживает магнитных свойств (рис 3.)
 |
3)
Внешнее поле поворачивает атомы парамагнетика так, что их магнитные моменты устанавливаются преимущественно в направлении поля (рис 4.)
|
4)
 |
 | |||
 | |||
полной ориентации препятствует тепловое движение атомов. В результате парамагнетик намагничивается и создает собственное магнитное поле, всегда совпадающее по направлению с внешним полем и потому усиливающее его. При ликвидации внешнего поля тепловое движение сразу же разрушает ориентацию атомных магнитных моментов и парамагнетик размагничивается. В парамагнетике, конечно, имеет место и диамагнитный эффект – появление образовавшихся магнитных моментов, ослабляющих внешнее поле. Однако диамагнитный эффект остается незаметным на фоне более сильного парамагнитного эффекта.
Таким образом, если в пустом пространстве существует магнитное поле, имеющее напряженность Н, то при заполнении этого пространства однородной средой результирующая напряженность магнитного поля равна Н’ = Н±∆Н, где ∆Н – напряженность поля, создаваемого самой средой; знак плюс относится к случаю парамагнитной среды, знак минус – к случаю диамагнитной среды. Добавочная напряженность ∆Н магнитного поля, создаваемого самой средой за счет диамагнитного или парамагнитного эффекта, пропорциональна напряженности внешнего поля. Поэтому формулу можно записать в виде: Н’ = μН, где μ – безразмерный коэффициент пропорциональности, называемый относительной магнитной проницаемостью среды (или просто магнитной проницаемостью). Этот коэффициент характеризует магнитные свойства среды, её способность намагничиваться под влиянием внешнего поля.
Относительная магнитная проницаемость среды показывает, во сколько раз изменяется индукция магнитного поля, существовавшего в пустоте, если пространство, охваченное этим полем, заполняется данной средой.
- У ферромагнетиков магнитная проницаемость не только велика, но и непостоянна; она зависит от напряженности намагничивающего поля. С её увеличением μ сначала быстро возрастает, достигая максимума, а затем уменьшается, приближаясь к μ=1
Очевидно, что для уменьшения потерь на перемагничивание ферромагнетика (например, сердечника трансформатора) следует применять ферромагнетики, имеющие малую площадь петли гистерезиса и, следовательно, характеризующиеся малым значением коэрцитивной силы (магнитно-мягкие материалы). Для изготовления постоянных магнитов следует применять ферромагнетики, характеризующиеся большим значением коэрцитивной силы (магнитно-жесткие материалы)
Ферромагнетики обладают ещё одной существенной особенностью: при определенной температуре (точке Кюри) они теряют свои магнитные свойства. (Например, у железа – 1043 К, у никеля – 633 К). При температуре выше точки Кюри ферромагнетик превращается в обычный парамагнетик с μ=1.
Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца.