Диа- и парамагнетики

Магнетики по своим магнитным свойствам подразделяются на 3 основные группы: 1) диамагнетики; 2) парамагнетики; 3) ферромагнетики.

Рассмотрим действие магнитного поля на движущиеся в атоме электроны (микротоки).

Предположим, что электрон в атоме движется по круговой орбите.

Если орбита электрона ориентирована относительно вектора В₀ (В₀ – внешнее магнитное поле) произвольным образом, составляя с ним угол α, то можно доказать, что она прецессирует вокруг вектора В₀. Это означает, что вектор p_m,перпендикулярный к плоскости орбиты, сохраняя постоянным угол α, вращается вокруг вектора В₀ с некоторой угловой скоростью.

Прецессию вокруг вертикальной оси, проходящей через точку опоры, совершает, например диск волчка при замедленном движении.

Таким образом, электронные орбиты атома под действием внешнего магнитного поля совершают прецессионное движение, которое эквивалентно круговому току. Так как этот микроток индуцирован внешним магнитным полем, то согласно закону Ленца, у атома появляется магнитное поле, направленное противоположно внешнему полю –B´. Такие индуцированные магнитные поля атомов (молекул) складываются и образуют собственное магнитное поле вещества, ослабляющее внешнее магнитное поле (B´ – собственное магнитное поле). Этот эффект называется диамагнитным, а вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле против направления поля, называются диамагнетиками:

В_Д = В₀ – B’

Когда В₀ = 0 (внешнее магнитное поле отсутствует), то диамагнетик ненамагнитен, т.к. магнитные моменты электронов взаимно компенсируются (суммарный магнитный момент атома).

К диамагнетиками относятся некоторые металлы (Cu, Ag, Au, Bi),большинство органических соединений, смолы, углерод и т.д.

Так как диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойственен всем веществам.

Однако существуют и парамагнетики – вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля.

У парамагнетиков, когда В₀ = 0 магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга: и атом парамагнетика всегда обладает магнитным моментом Но вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно и поэтому парамагнетики магнитными свойствами не обладают.

Когда В₀ ≠ 0, то устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по направлению внешнего поля. Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающее его:

В_П = В₀ + B’

К парамагнетикам относятся редкоземельные элементы, Pt, Al и т.д.

Диамагнитный эффект наблюдается и в парамагнетиках, но он значительно слабее парамагнитного.

Намагниченность

Вектор намагниченности J – количественная мера намагничивания вещества:

(5.4)

где магнитный момент i-й молекулы, – магнитный момент магнетика, ΔV – малый объем магнетика.