Диамагнетики

К диамагнетикам относятся инертные газы, металлы (Bi, Zn, Cu, Au и др.), стекло, различные смолы и другие вещества.

Рассмотрим, что происходит с атомами диамагнетика во внешнем магнитном поле на примере атома гелия. Атом гелия состоит из ядра и двух электронов (рис. 2.3). Будем считать, что электроны движутся по круговым орбитам с одинаковой по величине скоростью, но в противоположных направлениях, поэтому суммарный орбитальный магнитный момент электронов равен нулю. Спиновые магнитные моменты электронов направлены в противоположные стороны и их сумма также равна нулю. Следовательно, равен нулю магнитный момент всего атома. (Магнитный момент ядра значительно меньше электронного.)

При включении внешнего магнитного поля во время его изменения от нуля до возникающее при этом вихревое электрическое поле совершает работу по увеличению скорости первого электрона и уменьшению скорости второго электрона, и суммарный магнитный момент не будет равен нулю. В таком случае . Индуцированный магнитный момент атома и направлен в сторону противоположную . Векторы намагниченности и напряженности поля , сформированные вследствие диамагнитного эффекта, направлены также в сторону, противоположную (рис. 2.4).

Диамагнитный эффект обнаруживается только у тех веществ, атомы которых не обладают магнитным моментом (векторная сумма орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов атомов равна нулю).

Теоретический расчет показывает, что индуцированный магнитный момент атома, обладающего диамагнетизмом

, (2.8)

где и – соответственно заряд и масса электрона; – средний квадрат расстояния от электрона до ядра.

Если значение магнитного момента атома (2.8) умножить на число атомов в одном моле (число Авогадро ), получим намагниченность одного моля вещества:

.

Сравнивая последнее выражение с формулой (2.5), находим магнитную восприимчивость одного моля вещества:

.

Подставляя численные значения , , , и , получаем, что молярная диамагнитная восприимчивость имеет порядок м³/моль, что согласуется с экспериментом.