2.1.4 Парамагнетизм. Парамагнитные минералы

Парамагнетизм – это явление, возникающее в веществах с нескомпенсированными магнитными моментами и отсутствием магнитного атомного порядка. Атомы или молекулы в этом случае можно представить в виде элементарных магнитиков. При отсутствии внешнего магнитного поля упорядоченному расположению этих магнитиков препятствует тепловое движение, энергия которого на порядок выше энергии взаимодействия между магнитиками. Поэтому при обычных температурах магнитные моменты разу-порядочены и результирующая намагниченность равна нулю.

Парамагнитные материалы обладают положительной магнитной восприимчивостью (>0, >1); они намагничиваются по направле­нию поля (рис. 2.4).

Внешнее магнитное поле ориентирует магнитные моменты атомов _А. Направление преимущественной ориентации _А совпадает с направлением намагничивающего поля, поэтому намагниченность и магнитная восприимчивость у парамагнетиков являются положительными величинами.

Состояние, когда все элементарные магнитные моменты оказываются ориентированы параллельно внешнему магнитному полю, является предельным и может быть достигнуто лишь при очень низких температурах или в очень сильных полях. Соответствующая этому состоянию намагниченность насыщения J^° зависит лишь от магнитных моментов атомов и их количества в единице объема п:

.

(2.10)

В обычных условиях ориентации магнитным полям магнитных моментов атомов препятствует их тепловое движение. Поэтому намагниченность меньше намагниченности насыщения:

,

(2.11)

где L(a) – функция Ланжевена, определяющая степень ориентации магнитных моментов. L(а) изменяется от 0 до 1. Ее значение зависит от аргумента, представляющего собой отношение магнитной (ориентирующей) и тепловой (разориентирующей) энергий:

,

(2.12)

где К – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура.

В слабых магнитных полях типа земного L(a)а/3, откуда с учетом (2.11) и (2.12) получаем формулу для магнитной восприимчивости парамагнетика

,

(2.13)

где С – постоянная Кюри.

Как видим, магнитная восприимчивость парамагнетиков существенно зависит от температуры, с ростом которой она уменьшается. Сама же формула (2.13) является приближенной, поскольку при ее выводе не учитывалось возможное взаимодействие между элементарными магнитными моментами, а также их пространственное квантование.

К парамагнетикам относится большая группа минералов, в том числе породообразующих (таблица 2.3). Безжелезистые минералы (плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, мусковит, скаполит, шпинель, топаз, апатит и др.) имеют относительно низкую магнитную восприимчивость, не превышающую 1010^-5 ед. СИ. Парамагнитная восприимчивость железосодержащих силикатов и алюмосиликатов (биотиты, амфиболы, хлориты, пироксены, оливины) связана главным образом с содержанием в них ионов железа. В химически чистых разностях она достигает 2010^-5 ед. СИ. Более высокие значения магнитной восприимчивости этих минералов, образованных в естественных условиях, обусловлены микропримесями в них ферримагнетиков, в основном – магнетита.

Таблица 2.3 – Магнитная восприимчивость парамагнитных минералов

Минерал	10-5, ед. СИ	Минерал	10-5, ед. СИ
Железосод. оливин	2	Хлорит	2090
Пироксен	4090	Безжелезистый плагиоклаз	1
Амфибол	1080	Мусковит	420
Биотит	1565	Рутил	10
Флогопит	50