5.5. Парамагнетизм

Парамагнитные свойства проявляют вещества, магнитные моменты атомов (или молекул) которых отличны от нуля.

Механизм парамагнитного эффекта заключается в следующем. В отсутствие внешнего магнитного поля тепловое движение атомов или молекул приводит к беспорядочной ориентации их магнитных моментов (рис.5.6,а); в результате намагниченность вещества будет равна нулю.

Включим внешнее магнитное поле. Оно стремится повернуть магнитные моменты и установить их в направлении поля.

Тепловое движение, наоборот, разбрасывает магнитные моменты равномерно по всем направлениям. В результате этих двух противоположных тенденций устанавливается некоторая равновесная преимущественная ориентация магнитных моментов в направлении поля (рис.5.6, б).

Классическая теория парамагнетизма была развита П.Ланжевеном (1905 г.). Для магнитной восприимчивости было получено выражение:

. (5.27)

Здесь - магнитный момент атома,n– концентрация атомов.

Из формулы (5.27) следует, что восприимчивость парамагнетиков обратно пропорциональна абсолютной температуре:

. (5.28)

Соотношение (5.28) называется законом Кюри.

5.6. Классификация магнетиков

Все вещества в магнитном отношении можно разделить на 3 группы:

1. диамагнетики;

2. парамагнетики;

3. магнетики с упорядоченной магнитной структурой (к ним относятся ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики).

Рассмотрим кратко магнитные свойства каждой группы.

1.У диамагнетиков вектор намагниченности пропорционален намагничивающему полю и антипараллелен ему:

, .

Магнитная восприимчивость диамагнетиков – величина отрицательная (χ < 0); относительная магнитная проницаемость μ < 1.

Магнитная восприимчивость диамагнетиков не зависит от температуры и весьма мала:

Диамагнетиками являются: висмут, серебро, графит, инертные газы и другие вещества.

2. У парамагнетиков вектор намагниченности пропорционален намагничивающему полю и совпадает с ним по направлению:

, .

Магнитная восприимчивость парамагнетиков – величина положительная (χ >0); относительная магнитная проницаемость μ > 1.

Магнитная восприимчивость парамагнетиков уменьшается с ростом температуры в соответствии с законом Кюри (5.28). При нормальных условиях ее значения находится в пределах .

Парамагнетиками являются: щелочные металлы (Nа, K, Rb, Cs), алюминий, кислород, платина и другие вещества.

Отметим, что магнитная восприимчивость у диа- и парамагнетиков очень мала, и относительная магнитная проницаемость мало отличается от единицы (). Магнитные свойства диа- и парамагнетиков выражена очень слабо.

4.У ферро- и ферримагнетиков(в отличие от диа- и парамагнетиков) магнитные свойства выражены очень сильно.

Зависимость имеет сложный характер: является нелинейной и неоднозначной; наблюдается гистерезис, т. е. зависимость намагниченности от предыстории образца.

Магнитная восприимчивость и проницаемость и зависят от напряженности поля и могут достигать очень больших значений () .