Диамагнетики. Парамагнетики.

Все известные вещества под действием магнитного поля способны приобретать магнитный момент (намагничиваться). По этой причине их называют магнетиками. Магнитные свойства веществ определяются молекулярными микротоками в них.

В зависимости от величины магнитной проницаемости μ вещества принято делить на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Первые два класса веществ являются слабыми магнетиками – их магнитная проницаемость очень мало отличается от единицы (всего лишь на доли процента). Ферромагнетики могут усиливать в магнитное поле в тысячи и миллиарды раз.

Рассмотрим основные механизмы появления микротоков.

Электрон движется в атоме по круговой орбите

Круговой ток

f - частота вращения электрона по орбите.

Круговой ток обладает орбитальным магнитным моментом

S – площадь орбиты, n – нормаль к S (направление определяется правилом правого винта)

Движущийся по круговой орбите электрон обладает орбитальным механическим моментом импульса:

– гиромагнитное отношение

В квантовой механике показано, что кроме орбитальных моментов p_m, L_e электрон обладает собственным механическим моментом импульса L_es, называемым спином.

Спину электрона соответствует спиновый (собственный) магнитный момент.

Гиромагнитное отношение спиновых моментов.

Магнитный момент электрона складывается из

орбитального магнитного момента p_m и

спинового магнитного момента p_ms

Магнитный момент атома складывается из магнитных моментов входящих в него электронов и магнитного момента ядра _я , который складывается из магнитных моментов протонов и нейтронов.

Экспериментальное определение магнитных моментов атомов было осуществлено Штерном (О. Штерн (1888–1969) немецкий физик – эксперимен- татор) и Герлахом (В. Герлах (1889–1979) немецкий физик – экспериментатор). В их опытах пучок атомов пропускался через сильно неоднородное магнитное поле, благодаря чему наблюдались проекции магнитных моментов атомов на направление магнитного поля для различных металлов. Было отмечено, что число возможных проекций магнитного момента на направление магнитного поля для разных атомов различно металлов.

Рассмотрим атом и движущийся вокруг него по круговой орбите электрон. Орбита электрона ориентирована относительно вектора

магнитной индукции В₀ так, что магнитный момент р_m

составляет с вектором В₀ угол α.

Происходит вращение орбиты электрона

и вектора р_m вокруг В₀с некоторой

угловой скоростью ω (угловая скорость

Лармора)

Такое движение называется

Прецессией.

Электронная орбита атома под действием магнитного поля В₀.

совершает прецессионное движение, что эквивалентно появлению кругового тока, который индуцирует дополнительное магнитное поле.

Индуцированные магнитные поля всех атомов (молекул) складываются и образуют собственное магнитное поле вещества.

Собственное магнитное поле вещества направлено

(согласно правилу Ленца) противоположно внешнему

полю и ослабляет его.

Эффект ослабления внешнего магнитного

поля магнитным полем, индуцированным в

атоме, называется диамагнитным,

вещества, в которых он наблюдаются –

диамагнетиками (Bi, Ag, Au, Cu, органические вещества).

Диамагнетики в отсутствие внешнего магнитного поля немагнитны, т.к. магнитные моменты электронов взаимно компенсируются и

Диамагнитный эффект объясняется действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, поэтому присущ всем веществам. Магнитная проницаемость диамагнетиков μ , но всего на доли процентов, например, μ=0,9997.