Магнітні властивості речовини. Феромагнетики
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
1,00036).
Крива намагнічування J (Н) є лінійною для обох груп речовин (мал. 4).
Магнітна сприйнятливість діамагнетиків і деяких парамагнетиків (лужні метали) не залежить від температури.
Парамагнетики
Парамагнетизм - властивість речовин, поміщених у зовнішнє магнітне поле, намагнічуватися в напрямку, що збігається з напрямком цього поля. Термін парамагнетизм ввів у 1845 р. М. Фарадей, що розділив всі речовини (крім феромагнітних) на діамагнітні й парамагнітні.
Парамагнетик - речовина, що намагнічується в зовнішнім магнітному полі по напрямку поля. У відсутності зовнішнього магнітного поля парамагнетик немагнітний, тобто магнітний момент тіла дорівнює нулю внаслідок безладного розподілу по напрямках атомних магнітних моментів. Дія магнітного поля буде зводиться до орієнтації магнітних моментів у напрямку накладеного поля, і усередині матеріалу поле буде збільшуватися. Виникає парамагнітний ефект.
Величини магнітних моментів атомів парамагнетиків практично не залежать від зовнішнього магнітного поля. Атоми (іони) парамагнетика мають власний магнітний момент, але орієнтація моментів у парамагнетику має хаотичний характер (мал. 5), так що парамагнетики не мають магнітну структуру, властиву, наприклад, феромагнетикам. Під дією зовнішнього магнітного поля магнітні моменти атомів (іонів) парамагнетика (у парамагнетичних металів - спіни частини електронів провідності) орієнтуються переважно по напрямку поля. У результаті парамагнетик здобуває намагніченість J, пропорційну напруженості поля Н та спрямовану по полю.
Магнітна сприйнятливість парамагнетика ? = завжди позитивна. Її абсолютне значення невелике, у слабких полях вона не залежить від напруженості магнітного поля, але дуже сильно залежить від температури (виключення становить ряд металів).
Усередині парамагнетика до дії зовнішнього поля додається дія виниклої намагніченості J. Парамагнетичні тіла притягаються до полюсів магніту. Характерною для парамагнетиків властивістю намагнічуватися по полю володіють також сильномагнітні речовини. Однак за відсутності зовнішнього поля намагніченість парамагнетиків дорівнює нулю й вони не мають магнітну атомну структуру, у той час як сильномагнітні речовини зберігають магнітну структуру. Парамагнетизм характерний для речовин, частки яких мають власний магнітний момент, але за відсутності зовнішнього поля ці моменти орієнтовані хаотично, так що в цілому J = 0. У зовнішнім полі магнітні моменти атомів парамагнетичних речовин орієнтуються переважно по полю, з ростом якого намагніченість парамагнетиків росте за законом:
=?H,
електрон магнітний поле атомний
де ? - магнітна сприйнятливість 1см3 речовини. Для парамагнетиків ? завжди позитивна. Якщо поле дуже велике, то всі магнітні моменти парамагнітних часток будуть орієнтовані строго по полю (магнітне насичення). З підвищенням температури Т при незмінній напруженості поля зростає дія, що дезорієнтує, тепловий рух часток і магнітна сприйнятливість убуває - у найпростішому випадку за законом Кюрі:
? = ,
де С- постійна Кюрі. Відхилення від закону Кюрі в основному пов'язані із взаємодією часток (впливом внутрішньокристалічного поля).
Існування в атомах (іонах) магнітних моментів, що обумовлюють парамагнетизм речовин, може бути пов'язане з рухом електронів в оболонці атома (орбітальний парамагнетизм), зі спіновим моментом самих електронів (спіновий парамагнетизм), з магнітними моментами ядер атомів (ядерний парамагнетизм). Магнітні моменти атомів, іонів, молекул створюються в основному їхніми електронами, чиї моменти приблизно в тисячу разів перевершують магнітні моменти атомних ядер.
Парамагнетизм металів складається в основному зі спінового парамагнетизму, властивого електронам провідності, і парамагнетизм електронних оболонок атомів (іонів), що становлять кристалічну решітку металу. Оскільки рух електронів провідності металів практично не змінюється при зміні температури, парамагнетизм, обумовлений електронами провідності, від температури не залежить. Тому, наприклад, лужні й лужно - земельні метали, в яких електронні оболонки іонів позбавлені магнітного моменту, а парамагнетизм обумовлений винятково електронами провідності, мають магнітну сприйнятливість, що не залежить від температури.
У речовинах, які не мають електронів провідності, магнітні моменти електронних оболонок атомів скомпенсовані, магнітним моментом володіє лише ядро й парамагнетизм украй малий, він може спостерігатися лише при наднизьких температурах (Т ~ 0,1К).
Парамагнітна сприйнятливість діелектриків, відповідно до класичної теорії парамагнетизму Ланжевена (1906), визначається формулою , где -магнітна сприйнятливість діелектриків, N - число парамагнітних атомів в 1 молі речовини, - магнітний момент атома. Ця формула була отримана методами статистичної фізики для системи практично не взаємодіючих атомів, що перебувають у слабкому магнітному полі або при високій температурі (коли ). У сильних магнітних полях або при низьких температурах (коли ) намагніченість парамагнітних діелектриків прагне до Na (насичення).
Діамагнетики
Діамагнетизм - (від грец. dia - приставка, що означає тут розбіжність (силових ліній), і магнетизм) властивість речовини намагнічуватися назустріч напрямку діючого на нього зовнішнього магнітного поля. Діамагнітний момент створюється незатухаючими мікроскопічними електричними струмами, індукован