Материал: Электродинамика. Учебное пособие. Москаленко А.Г., Гаршина М.Н

щий естественную единицу магнитного момента.

Результирующий магнитный момент атома или молекулы вещества равен векторной сумме орбитальных и спиновых магнитных моментов электрона

Измерения магнитных моментов атомов дали для большинства из них значение порядка нескольких магнетонов Бора.

Рассмотрим теперь влияние магнитного поля на движение электронов в атомах. Пусть орбита электрона ориентирована

так, что вектор орбитального магнитного момента Pm состав-

ляет с направлением B некоторый угол (рис.1.38). В данном случае на орбиту электрона будет действовать вращательный момент

шать прецессию, т. е. конусообразное движение, вокруг век-

тора B .

Угловая скорость прецессии совпадает по направлению

с вектором индукции B и определяется выражением

55

L 2m

Из данной формулы следует, что скорость прецессии не зависит ни от угла , ни от радиуса орбиты, ни от скорости электрона и, следовательно, одинакова для всех электронов, входящих в состав атома.

Рис.1.38

Прецессия электронных орбит приводит к появлению дополнительного тока

Этот ток создает индуцированный магнитный момент, направленный против внешнего поля

Здесь S - проекция площади орбиты на плоскость, перпенди-

кулярную магнитному полю B.

Дополнительный магнитный момент приводит к возникновению индуцированной намагниченности, направленной против внешнего поля

где n – концентрация атомов, z – число электронов в атоме,

Pm - среднее значение индуцированного магнитного момента атома, S - среднее значение проекции площади од-

ной орбиты.

Наведение магнитного момента против поля свойственно всем атомам, находящимся в магнитном поле, и называется диамагнитным эффектом.

1.4.3.Диа - , пара - и ферромагнетики

Кдиамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов которых в отсутствие внешнего маг-

нитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, вода, стекло, мрамор, большинство органических соединений, многие металлы (висмут, цинк, золото, серебро, медь, ртуть, и другие).

При внесении такого вещества в магнитное поле B в каждом его атоме или молекуле за счет прецессионного движения электронных орбит наводится магнитный момент (1.142), на-

правленный противоположно вектору B , что приводит к уменьшению суммарного магнитного поля. Таким образом, для диамагнетиков магнитная восприимчивость имеет отрицательное значение, а магнитная проницаемость . Величина

диамагнетиков не зависит от температуры и напряженности

57

магнитного поля. Процесс намагничивания диамагнетиков ха-

рактеризуется линейной зависимостью J от H (рис.1.39, кр.1).

К парамагнетикам относятся вещества, атомы которых в отсутствие внешнего магнитного поля обладают магнитным моментом.

Однако намагниченность парамагнетика равна нулю, так как из - за теплового движения магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно. При внесении парамагнетика в магнитное поле наряду с возникшей прецессией электронных

орбит и появлением индуцированного момента Pm происхо-

дит ориентация магнитных моментов атомов по направлению поля. При этом положительный магнитный момент оказывается значительно больше, чем отрицательный индуцированный момент, в результате чего парамагнетик намагничивается по полю. Таким образом, процесс намагничивания парамагнетиков во многом аналогичен тому, как поляризуется диэлектрик, состоящий из полярных молекул.

Кривая намагничивания парамагнетика (рис 1.39, кр.2) свидетельствует о явлении насыщения, которое связано с ориентационным упорядочением магнитных моментов атомов вещества. Тепловое движение молекул препятствует этому процессу, поэтому в не очень сильных магнитных полях восприимчивость парамагнетика оказывается обратно пропорциональной температуре

где С – константа парамагнетика. Это соотношение носит на-

звание закона Кюри.

Парамагнетиками являются щелочные и щелочноземельные металлы, редкоземельные элементы, алюминий, платина, кислород, окись азота и другие вещества.

58

стью. Типичные представители ферромагнетиков – это железо, кобальт, никель и их сплавы.

Характерной особенностью ферромагнетиков является нелинейная зависимость J(H) и B(H). Уже при небольших значениях H намагниченность достигает насыщения Jнас (рис.1.40), тогда как зависимость B(H) продолжает расти с увеличением H по линейному закону (рис.1.41), согласно уравнению

(рис.1.42). Вначале она быстро растет с увеличением H, достигает максимума, а затем убывает, стремясь к единице в очень сильных намагничивающих полях.

Второй отличительной особенностью ферромагнетиков является гистерезис намагничивания. При медленном цик-

лировании магнитного поля получается петля гистерезиса, внутри которой расположена основная кривая намагничивания (рис.1.43). Величина Bост называется остаточной индукцией, а Hк – коэрцитивной силой, представляющей собой напряжен-

ность размагничивающего поля, при котором остаточная индукция обращается в ноль. Площадь петли гистерезиса

пропорциональна количеству теплоты, выделяющейся в единице объема ферромагнетика за цикл перемагничивания.

59