Магнітне поле в речовині
Середовище впливає на магнітну
взаємодію: індукція магнітного поля в
середовищі в μ раз більша за індукцію
поля в вакуумі;
(відносна магнітна проникливість –
безрозмірна величина). Є три категорії
речовин:
1)
(
такі речовини називають діамагнетиками;
2)
(
такі речовини називають парамагнетиками;
3)
(
такі речовини називають феромагнетиками;
Є ще четвертий клас
(порядку одиниці) – антиферомагнетики.
Різні властивості цих речовин є результатом різної будови.
Перший, хто висловив гіпотезу
про природу відклику речовин на магнітне
поле був Ампер, який висловив так звану
гіпотезу про молекулярні струми. Суть
гіпотези: В речовині
існують молекулярні струми. Кожен струм
є замкнутий і має свій магнітний момент
.
При внесенні речовини в
магнітне поле магнітні моменти цих
струмів якимось чином орієнтуються, і
в результаті виникає магнітне поле, яке
накладається на зовнішнє поле, тому
.
Виходячи з цієї гіпотези можна розпочати пояснення магнітних властивостей речовин
Магнітний і механічний момент електрона в вакуумі. Гіромагнітне відношення.
Fig 79
Розглянемо електрон, який рухається
по коловій орбіті в атомі. В даному
випадку електрон має механічний момент
кількості руху :
,
а
- його магнітний момент.
,
- частота обертання ( кількість обертів
за одну секунду ). Виразимо струм через
циклічну частоту :
.
Знайдемо чому рівне гіромагнітне
відношення (відношення магнітного
моменту електрона до його механічного
моменту):
Г – гіромагнітне відношення,
яке чисельно рівне
.
Магнітний і механічний моменти
електрона на орбіті є взаємозв'язані.
Цей зв'язок наштовхує на думку про те,
що якщо речовину дуже швидко обертати,
то вона повинна намагнічуватись, тобто
набувати магнітного моменту, який буде
тим більший, чим більший механічний
момент, але напрямок має бути протилежний
. І навпаки, якщо речовину намагнітити,
то вона повинна при цьому починати
обертатися. Ця гіпотеза дістала назву
механомагнітні та магнітомеханічні
явища. Дані явища були дійсно відкриті
екперментально на феромагнітних зразках
, але з тією різницею, що з експерименту
вийшло, що гіромагнітне відношення (
)
рівне спіномагнітному відношенню. Було
зроблено висновок, що спостережувані
явища пов'язані не тільки з обертанням
електронів на орбіті, а і з так званими
власними спіновими магнітними і
механічними моментами електрона.
Незалежно від того, де перебуває електрон
він має власний магнітний і механічний
моменти.
Пояснення діа і пара магнетизму
Діамагнітні
властивості мають речовини, атоми яких
до внесення в зовнішнє магнітне поле
не мали власного магнітного моменту.
Тоді дія магнітного поля зводиться до
спроби повернути певним чином магнітні
моменти електронних орбіт, внаслідок
чого електронна орбіта набуває незначного
магнітного моменту протилежного до
зовнішнього магнітного поля. Тобто в
речовині виникає слабке поле, яке
послаблює зовнішнє поле, тобто
.
Виникнення зворотного поля обумовлене прецесією електронних орбіт.
Парамагнетики мають атоми, які до
внесення в зовнішнє магнітне поле мали
власний магнітний момент, а тому дія
поля зводиться до орієнтації цих
магнітних моментів. В результаті,
речовина набуває магнітний момент
напрямлений вздовж дії зовнішнього
поля.
- магнітна сприйнятливість,
.
Це закон Кюрі для парамагнетиків. Тут
-константа,
- абсолютна температура.
Fig 80
Така заленість
від температури обумовлена тим, що
тепловий рух, який зростає з ростом
температури протидіє орієнтації
магнітного моменту.
Ферромагнетики –
речовини
для яких справджується
нерівність:
.
Вони мають ряд особливих властивостей:
-
Нелінійний характер залежності відносної магнітної проникливості від поля (
).
Зокрема, існує тенденція до насичення:
Fig81-82