2.4. Виды магнетиков. @
Проведем опыт с сильным магнитным полем, создаваемым, например, соленоидом. Соленоид (цилиндр с намотанным на него проводом, по которой течет ток) может создать внутри себя магнитное поле в 100000 раз больше магнитного поля Земли. Будем помещать в такое магнитное поле различные вещества и наблюдать, как действует на них сила магнитного поля. Качественные результаты подобных опытов получаются довольно разнообразными.
Первую группу составляют вещества, которые слабо отталкиваются полем нашего магнита. Это вода, медь, свинец, хлористый натрий, кварц, сера, алмаз, графит, жидкий азот и еще большой ряд веществ. Они называются диамагнетиками. Ими являются большинство неорганических и почти все органические соединения. Оказывается, диамагнетизм - универсальное свойство каждого атома, но иногда над диамагнетизмом преобладают другие, более сильные явления.
Вторая группа – это вещества, втягивающиеся в соленоид. К ним относятся, например, натрий, алюминий, жидкий кислород. Жидкий кислород ведет себя в этом эксперименте весьма эффектно – он втягивается в катушку с силой, превышающей его вес приблизительно в 8 раз! Такие вещества называются парамагнетиками. Для некоторых веществ парамагнитный эффект проявляется слабее (алюминий, натрий) а для некоторых – сильнее (жидкий кислород). Эффект увеличивается с понижением температуры.
Железо, кобальт, никель, железосодержащие сплавы втягиваются в область магнитного поля с очень большой силой. На кусочек железа массой 1 г со стороны поля действует сила ~ 40000 Н! Такие вещества называются ферромагнетиками. Рассмотрим каждую из трех групп более подробно.
2.5. Диамагнетизм. Диамагнетики. @
К диамагнетикам относятся такие вещества, у которых магнитный момент атома или молекулы в отсутствие внешнего магнитного поля равен нулю:
М
агнитные
моменты электронов в таких атомах в
отсутствие внешнего магнитного поля
взаимно скомпенсированы. Это характерно
для атомов и молекул с полностью
заполненными электронными оболочками,
например для атомов инертных газов,
молекул водорода, азота. При
внесении такого вещества в магнитное
поле его атомы и молекулы, согласно
теореме Лармора, приобретают наведенные
магнитные моменты
,
направленные для всех атомов и молекул
одинаково против поля. Таким
образом, вещество приобретает
незначительную намагниченность,
направленную против поля, вследствие
чего диамагнетик выталкивается из
неоднородного магнитного поля в
направлении уменьшения напряженности
поля. Для диамагнетиков χ отрицательна
и очень мала, порядка ~10-6.
Магнитная восприимчивость μ=(1+χ)
соответственно больше нуля и меньше
единицы.
Д
ля
диамагнитных веществ существует
линейная зависимость намагниченности
от величины напряженности внешнего
поля:
Д
анная
зависимость изображена на рис.2.6.
Итак, диамагнитные вещества намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции. Это свойство называется диамагнетизмом (диамагнитным эффектом). Характерно то, что диамагнетизм не зависит от температуры. Данное свойство присуще не только диамагнетикам, но и всем без исключения веществам, однако у пара- и ферромагнетиков диамагнетизм незаметен из-за наличия у них более сильных эффектов.