Строение атомов и кристаллов твердых веществ

Как известно, атом состоит из ядра и электронов, вращающихся вокруг ядра по орбитам. Круговой ток создает магнитный момент (А×м²), определяемый формулой:

m = iS, (2.1)

где i – сила тока, А;

S – площадь, обтекаемая током, м².

Поэтому вращающийся по орбите электрон обладает некоторым орбитальным магнитным моментом. Кроме того, при движении по орбите каждый электрон обладает свойством, близким к свойствам заряженного тела, вращающегося вокруг своей оси. Это свойство называют спином э|лектрона. Спин электрона, эквивалентный круговому току, обусловливает спиновый магнитный момент. Протоны и нейтроны, входящие в ядро атома, тоже имеют некоторые магнитные моменты, но в сотни раз меньшие, чем электроны. Поэтому можно считать, что магнитные свойства атома определяются в основном магнитными свойтвами его электронов (рисунок 2.1,а). В случае нескольких электронов полный, или собственный, магнитный момент атома определяется векторной суммой орбитальных и спиновых моментов с учетом их направления.

Орбитальные и спиновые магнитные моменты могут иметь лишь одно из двух возможных направлений (согласное или противоположное). В том случае, если они направлены в противоположные стороны, магнитные моменты пары электронов взаимно компенсируются. Это имеет место в любой полностью заполненной оболочке, например у атома гелия, изображенного на рисунок 2.1, б. Собственный магнитный момент такого атома в отсутствие внешнего поля равен нулю.

Магнитный момент единицы объема вещества называют намагниченностью (А/м):

J = Sm/V, (2.2)

где, Sm – суммарный момент атомов, занимающих объем V.

а)

б)

в)

Рисунок 2.1 Магнитные моменты электрона в атоме

Намагниченность можно рассматривать как напряженность, создаваемую микротоками электронных оболочек вещества. Поэтому индукцию в веществе можно представить как

B = m₀(H + J). (2.3)

Часто векторы Н и J имеют одинаковое направление. При этом можно перейти к скалярному выражению и разделить обе части венства (2.2) на Н:

В/Н = m₀(1 + J/Н). (2.4)

Отношение J/Н называют магнитной восприимчивостыо c вещества, а из сравнения (2.1) и (2.3) следует, что

m = 1 + c. (2.5)