Намагниченность. Магнитное поле в веществе.

Для количественного описания намагничения магнетиков вводят векторную величину – намагниченность, определяемую магнитным моментом единицы объема магнетика:

,

где - магнитный момент магнетика, представляющий собой векторную сумму магнитных моментов отдельных молекул.

Магнитное поле в веществе складывается из двух полей: внешнего поля, создаваемого током, и поля, создаваемого намагниченным веществом. Тогда можем записать, что вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля в магнетике равен векторной сумме магнитных индукций внешнего поля (поля, создаваемого намагничивающим током в вакууме) и поля микротоков (поля, создаваемого молекулярными токами):

,

где . Так как - вектор намагниченности, и для изотропных магнетиков , где - магнитная восприимчивость.

,

здесь - относительная магнитная проницаемость, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в окружающей среде отличается от индукции в вакууме. Для диамагнетика , для парамагнетика .

Электронный парамагнитный резонанс используется для определения величины . В определенном объеме – резонаторе - находится исследуемое вещество. Образец перемагничивают с частотой , он помещен в магнитное поле . Наблюдают поглощение энергии, которое максимально, если .

Парамагнетизм и диамагнетизм

Парамагнитные свойства вещества объясняются наличием у атомов определенного магнитного момента. В отсутствии магнитного поля магнитные моменты атомов в парамагнетике вследствие теплового движения ориентированы совершенно беспорядочно. Поэтому магнитный момент тела, равный векторной сумме моментов отдельных атомов, близок к нулю, а, следовательно, тело не намагничено.

Во внешнем магнитном поле на каждый атом действует пара сил, стремящаяся установить магнитные моменты атомов параллельно полю. В результате этого внутри парамагнетика возникает упорядоченное расположение атомов и намагниченность оказывается параллельным направлению индукции , что характерно для парамагнетиков. Чем выше температура парамагнетика, тем сильнее тепловое движение атомов и, следовательно, тем слабее их ориентировка в данном поле, т.е. тем слабее намагничивание. Этим объясняется уменьшение магнитной восприимчивости парамагнетиков при нагревании.

Теория парамагнетизма была развита Ланжевеном. По нем, намагниченность парамагнетиков:

,

,

,

п ри имеет место насыщение. Магнитные моменты всех атомов выстроены по полю. При , и . Обычно , и . В слабом поле намагниченность изотропного магнетика пропорциональна магнитной индукции.

,

- закон Кюри, который получает в теории Ланжевена теоретическое обоснование, т.е. пропорциональна .

Объяснение диамагнетизма было дано впервые также Ланжевеном. Рассмотрим какую-либо электронную орбиту внутри атома и предположим, что в некоторый момент времени мы включили внешнее магнитное поле. Движение электрона изменится, а именно – возникнет ларморова прецессия, причем для случая движения электрона ( ) вектор угловой скорости прецессии будет направлен параллельно направлению поля . Но вращение отрицательной частицы против часовой стрелки есть ток, текущий по часовой стрелке. При этом северная сторона тока будет расположена снизу, а южная – сверху, т.е. возникающий вследствие прецессии дополнительный магнитный момент орбиты будет соответствовать диполю, у которого южный конец обращен к южному полюсу магнита, а северный конец – к северному полюсу (диамагнитный эффект). Т.о., существование диамагнетизма вполне объясняется ларморовой прецессией. Теория диамагнетизма Ланжевена объясняет диамагнетизм не только качественно, но приводит и к правильному порядку величины магнитной восприимчивости.

Для диамагнетиков , и , т.е. магнитная восприимчивость не зависит от температуры для диамагнетиков.