Магнитные свойства атомов

Магнитные свойства магнетиков определяются магнитными свойствами атомов. Электрон, как известно, обладает наряду с электрическим зарядом, собственным магнитным моментом, который обусловлен спином. Кроме того, вследствие движения электрона по орбите возникает орбитальный магнитный момент. У сложных атомов, электронные оболочки которых состоят из многих электронов, результирующий магнитный момент атома определяется суммированием моментов отдельных электронов. У атомов и ионов с заполненными электронными оболочками магнитный момент равен нулю.

Тела, атомы которых обладают магнитным моментом в отсутствие внешнего поля, могут быть парамагнетиками и ферромагнетиками.

Природа диамагнетизма. Как уже говорилось выше, у диамагнетиков в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов равны нулю, соответственно равен нулю и магнитный момент всего тела. Если же диамагнетик поместить во внешнее магнитное поле, то в момент включения этого поля или при помещении диамагнетика в область, где поле уже есть, в атомах или молекулах возникают индуцированные токи (по закону электромагнитной индукции). Эти токи не исчезают и после исчезновения Э.Д.С. индукции, т.к. в атомах нет сопротивления движению электронов. Согласно правилу Ленца, направление индукционных токов таково, что созданное ими поле направлено против внешнего. При исчезновении внешнего поля исчезают индукционные токи и диамагнетик оказывается размагниченным.

Магнитная восприимчивость диамагнетика не зависит ни от температуры, ни от напряженности внешнего поля Н.

Из сказанного выше ясно, что диамагнетизм присущ всем без исключения телам, но у пара- и ферромагнетиков он маскируется другими, более сложными и сильными эффектами, на фоне которых слабый диамагнитный эффект не заметен.

Природа парамагнетизма

Атомы парамагнетика и в отсутствие поля имеют постоянный магнитный момент, но магнитные моменты отдельных атомов ориентированы в твердом теле хаотически, и результирующий магнитный момент парамагнетика равен нулю. При внесении парамагнетика во внешнее поле магнитные моменты атомов стремятся выстроиться вдоль внешнего поля, усиливая его. Хаотическое тепловое движение атомов препятствует правильной ориентации магнитных моментов атомов и чем выше температура, тем слабее намагничивается вещество. При выключении внешнего поля тепловое движение полностью разрушает ориентацию токов, и вещество размагничивается. Таким образом, магнитная восприимчивость парамагнетиков обратно пропорциональна температуре.

Природа ферромагнетизма

У атомов переходных металлов имеются незаполненные электронные оболочки, в которых спины электронов не полностью скомпенсированы. Если в кристаллической решетке из таких атомов выполняется условие, что d/a =1,5, где d - диаметр атома, а - диаметр незаполненной оболочки (такому условию удовлетворяют никель, кобальт, железо), то между не скомпенсированными спинами соседних атомов возникает особое взаимодействие (силы такого взаимодействия называются обменными). Если энергия этого взаимодействия больше энергии теплового движения частиц, то спиновые моменты внешних электронов соседних атомов выстраиваются параллельно. Только при температурах выше точки Кюри (для железа она равна 770^оС) под влиянием, о котором говорилось выше, в ферромагнетике появляются области самопроизвольного намагничивания, так называемые домены (рис.5).

Внутри домена спины электронов соседних атомов ориентированы одинаково и их поля складываются, усиливая друг друга. В результате домен оказывается намагничен до насыщения. Размеры домена обычно невелики (~ 10 ^-4 см ).

В ненамагниченном ферромагнетике домены ориентированы хаотически. При включении внешнего магнитного поля намагничивание ферромагнетика происходит путем увеличения объема доменов, ориентированных вдоль поля, а так же изменением ориентации отдельных доменов. Уже сравнительно небольшие поля могут вызвать ориентацию вдоль поля всех доменов. Весь образец превращается в один большой домен.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: