Диамагнетики и парамагнетики

Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов или молекул которых равны нулю.

Диаиагнетиками являются инертные газы, большинство органических соединений, многие металлы (Cu, Au, Ag,Zu), вола, стекло и др.

В отсутствии магнитного поля (Н=0) магнитный момент атомов равен нулю () и суммарный магнитный момент всего вещества равен нулю (), вещество не намагничено.

При наличии магнитного поля (Н¹0) у атомов возникает наведенный магнитный момент Dр_m, направленный против поля.

 

 

Вектор намагничивания

,

 

Поскольку направлен против Н, то магнитная восприимчивость

Абсолютная величина магнитной восприимчивости диамагнетиков очень мала

Поэтому, хотя диамагнитный эффект существует и в парамагнетиках, и в ферромагнетиках, он в них незаметен из-за своей незначительности.

 

Рассмотрим теперь парамагнетики.

Парамагнетиками называют вещества у атомов которых даже в отсутствие внешнего магнитного поля имеются магнитные моменты. К парамагнетикам относятся O₂, NО, Al, Pt, редкоземельные элементы, щелочные и щелочноземельные металлы и др.

В отсутствии магнитного поля (Н=0) магнитный момент атомов не равен нулю (), но суммарный магнитный момент всего вещества равен нулю (), так как магнитные моменты различных атомов ориентированы хаотично и компенсируют друг друга, вещество не намагничено.

 

При наличии магнитного поля вещество намагничивается, так как магнитные моменты ориентируются преимущественно вдоль внешнего поля.

 

 

,

Поскольку вектора J и Н сонаправлены, то магнитная восприимчивость .

Значения лежат в пределах от 10^-3 до 10^-5 . Это больше чем у диамагнетиков, но все равно мало. Поэтому и диамагнетики и парамагнетики обладают слабыми магнитными свойствами.

Рассмотрим более детально механизм ориентации магнитных моментов атомов в направлении магнитного поля.

Мы видели, что орбитальные магнитные моменты всех электронов атома, помещенного в магнитное поле, прецессируют вокруг направления H с некоторой угловой частотой. Результирующий магнитный момент атома также прецессирует вокруг H c той же частотой.

Таким образом, само магнитное поле не ориентирует магнитные моменты атомов в направлении магнитного поля. Оно лишь стремится их ориентировать по полю, но этому мешает гироскопический эффект, то есть стремление вращающегося тела сохранить неизменным направление оси своего вращения, т. е. стремление сохранить постоянным свой момент импульса (связь магнитного и механического момента). В результате этого и возникает прецессионное движение.

Тенденция в ориентации магнитных моментов атомов в направлении магнитного поля является следствием того, что магнитное поле нарушает энергетическую эквивалентность различных ориентаций магнитных моментов.

В отсутствие магнитного поля различные ориентации магнитных моментов атомом энергетически равноценны.

При наличии магнитного поля минимуму энергии соответствует ориентация магнитных моментов по полю, максимуму энергии – ориентация против поля (W₂<W₁).

Тепловое движение частиц парамагнетика и их соударения приводят к изменению ориентации магнитных моментов атомов. При наличии магнитного поля переориентация в направлении H будет облегчена, а в направлении против H будет затруднена.

Таким образом, совместное действие магнитного поля и теплового движения атомов вызовет преимущественную переориентацию магнитных моментов атомов в направлении магнитного поля.