Природа диамагнетизма

Вещества, у которых в отсутствие внешнего магнитного поля результирующий магнитный момент равен нулю, называют диамагнетиками.

К ним относятся, например: инертные газы, молекулярный водород, азот, цинк, медь, золото и др. Диамагнитный эффект можно объяснить на примере инертных газов. Рассмотрим модель изотопа атома гелия . Атом гелия имеет в ядре 2 протона (положительный заряд q_п = +2е и два нейтрона (q_н = 0).

Рис. 10

Вокруг ядра обращаются два электрона (q_е = -2е).

На электроны со стороны ядра действуют кулоновские силы. Если предположить, что оба электрона вращаются вокруг ядра с одинаковой скоростью, но в противоположном направлении и на одном и том же расстоянии от ядра (рис. 10), то их орбитальные магнитные моменты будут равны по величине, но противоположны по направлению, в отсутствие внешнего магнитного поля. Следовательно, суммарный магнитный момент атома гелия равен нулю. При внесении атома гелия в магнитное поле, на каждый из электронов будут действовать кулоновская сила и сила Лоренца (рис. 11). Их равнодействующая сообщит каждому электрону центростремительное ускорение. Уравнения движения электронов в магнитном поле можно записать в виде

Рис. 11

, .

Из уравнений следует, что под действием магнитного поля скорость движения первого электрона уменьшилась, а второго - возросла. В связи с этим магнитный момент первого электрона уменьшится, а второго - увеличится. В результате этого у атома гелия индуцируется (наводится) дополнительный магнитный момент

(28)

Причем индуцированный магнитный момент DР_м направлен противоположно вектору индукции внешнего магнитного поля.

Решая совместно уравнения движения электронов, имеем

или .