22. Природа диамагнетизма

Если полный магнитный момент каждого атома в отсутствии поля равен нулю: ,то вещество, состоящее из таких атомов, называется диамагнитным.

Допустим, что именно это и имеет место при четном числе электронов в атоме и симметричном расположении орбит (рис.). Кроме того, предположим для простоты, что все орбиты расположены в параллельных плоскостях, и вектор индукции намагничивающего поля перпендикулярен этим плоскостям. При внесении диамагнитного атома в магнитное поле происходит следующее: если в отсутствие поля магнитные моменты атомов компенсировали друг друга (на рисунке представлены две орбиты, одна из которых имеет вектор магнитного момента направленный по полю, а вторая орбита имеет вектор поля), то в присутствии поля вследствие прецессии орбит орбитальный момент одной будет уменьшаться, а второй увеличиваться, так что в целом суммарный магнитный момент будет направлен против внешнего поля, в целом все вещество приобретает магнитный момент, направленный против поля и таким образом создается добавочное магнитное поле с индукцией В’ направленной против основного поля: B=

Диамагнитный эффект не зависит от температуры, так как тепловое движение атомов не нарушает ориентации индуцированных токов внутри атомов. Только атомы с заполненными электронными оболочками обладают чистым диамагнитным эффектом. К ним относятся гелий и другие инертные газы, однократно ионизированные атомы лития, натрия, меди, а также висмут, вода, ртуть.

23. Природа парамагнетизма.

Если магнитный момент отдельного атома отличен от нуля, вещество называетсяпарамагнитным (например, вследствие нечетного числа электронов в атоме). В отсутствие внешнего магнитного поля тепловое движение создает беспорядок и магнитные моменты отдельных атомов ориентированы в пространстве хаотически и вещество оказывается не намагниченным (рис.):

При создании поля с индукцией оно стремится установить магнитные моменты атомов вдоль, тепловое движение стремится разбросать их равномерно по всем направлениям. В результате устанавливается некоторая преимущественная ориентация моментов вдоль поля тем большая, чем больше индукция внешнего магнитного поля, и тем меньшая, чем выше температура.

Таким образом, полный вектор магнитной индукции для парамагнитного вещества равен: B=

Конечно, и в парамагнитных телах имеет место диамагнитный эффект, но он перекрывается эффектом ориентации магнитных моментов атомов по полю. К парамагнитным веществам относятся натрий, калий, свинец, большая часть стекол, газообразный и жидкий кислород.

24. Намагниченность (вектор намагничения). Его связь с напряженностью внешнего магнитного поля. Относительная магнитная проницаемость.

В общем случае возникающее добавочное магнитное поле зависит не только от свойств вещества, но и от размеров этого тела и от его формы (шар, стержень, замкнутое кольцо и так далее).

Намагничение магнетика можно характеризовать магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностью (вектор намагничевания вещества) и обозначают буквой J. Это суммарный магнитный момент всех молекул, атомов и электронов, имеющихся в единице объема.

где - физически бесконечно малый объем,- магнитный момент отдельной молекулы (атома, электрона). Суммирование производится по всем молекулам (атомам, электронам), заключенных в объемΔV.

Намагничивание любого вещества определяется свойствами его оставляющих элементов (атомов, молекул, электронов), поэтому существует определенная связь, как показывает опыт, между вектором намагничевания J и напряженностью внешнего магнитного тока (отклик намагнетиком)H ’=J=ϗ*

где ϗ- безразмерная величина, называемая магнитной восприимчивостью вещества.

Опыт показывает, что для слабомагнитных (неферромагнитных) веществ при не слишком сильных полях ϗ не зависит от . В отличие от диэлектрической восприимчивостиχ , которая может иметь лишь положительные значения (вектор поляризации Р в избранном диэлектрике всегда направлена по полю Е), магнитная восприимчивость бывает как положительной, так и отрицательной. Поэтому магнитная проницаемость μ может быть как больше, так и меньше единицы. Они связаны простым соотношением μ=1 ± ϗ

При этом относительная магнитная проницаемость р, показывает во сколько раз изменяется магнитное поле в магнетике по сравнению с вакуумом:

Вещества, для которых μ < 1, называются диамагнетиками (диамагнитными), а вещества с μ > 1 -парамагнетиками (парамагнитными). Так как магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью μ = 1 ± ϗ, то для парамагнетиков ϗ положительна, а для диамагнетиков - отрицательна. Cама величина ϗ невелика: для парамагнетиков она составляет порядка , убывающая при нагревании вещества и практически независящая от индукции, а для диамагнетиков она равна -и не зависит ни от температуры, ни от индукции, т.е. относительная магнитная проницаемость мало отличается от единицы, например, для платины равна 1,00036.