16. Магнитное поле в веществе: отклик магнетиков на внешнее

магнитное поле. Намагниченность

Если в магнитное поле, созданное токами, текущими по проводам, внести некоторое вещество, то поле в пространстве, вообще говоря, изменится. Это объясняется тем, что любое вещество является магнетиком, то есть способно под действием магнитного поля намагничиваться – приобретать магнитный момент.

В электростатическом поле аналогично ведут себя диэлектрики, которые поляризуются, приобретая поляризацию:

- плотность дипольного момента - поляризация.

Соответственно, характеристикой магнетиков является намагниченность:

-плотность магнитного момента – намагниченность.

- магнитный момент всех молекул, содержащихся в объеме.

, где- концентрация молекул в веществе.

Что же такое магнитный момент молекул?

В соответствии с полуклассической теорией Бора электроны вращаются вокруг ядер по замкнутой траектории, а также вокруг собственной оси. - момент импульса орбитального вращения,- момент импульса собственного вращения – спин. Все эти представления условны. На самом деле и траектории–то у электронов нет, а спин – это свойство, которое проявляется в особого рода взаимодействиях (в частности - обменных). Однако для рассмотрения магнитных свойств материалов эти представления удобны, так как наглядны и не противоречат экспериментальным фактам. По современным представлениям магнитные свойства вещества обусловлены тремя причинами:

• орбитальным движением электронов вокруг ядер;

• спином электрона;

• спином ядер.

Так как тяжелые атомные ядра движутся значительно медленнее легких, то их моменты импульса гораздо меньше иэлектронов.

Ядерный магнетизм становится существенным только вблизи абсолютного нуля , да и то, если орбитальные и спиновые моменты скомпенсированы.

Магнитное поле, как и электрическое, можно рассматривать как микроскопическое и макроскопическое. Истинным, возбуждаемым движущимися зарядами, является микроскопическое поле . Оно резко меняется на расстояниях атомных масштабов. Макроскопическое поле– сглаженное поле, полученное усреднениемпо физически бесконечно малому объему.

Орбитальное плюс спиновое движение электронов можно идентифицировать с токами, циркулирующими в атомном веществе - это молекулярные токи. Они-то и создают. Для вычислениятоки отдельных молекулможнотакжескладывать, заменив сумму макро токами молекул – это токи намагничивания =.

Токи, связанные с перемещением в веществе носителей тока: электронов проводимости или ионов, называются токами проводимости = транспортными токами = токами свободных зарядов.До сих пор мы говорили только о таких токах.

Все вещества можно разделить на следующие классы с точки зрения их магнитных свойств:

1) Диамагнетики – вещества, в которыхпридля любой, то естьв

отсутствие внешнего поля у молекул нет магнитного момента

при

Аналог - неполярный диэлектрик.

2) Парамагнетики – вещества, в которых для любого, даже при, то есть

любая молекула парамагнетика имеет магнитный момент даже в.Однако, в результате беспорядочного движения атомов ориентированы хаотично, и в силу изотропности пространства намагниченность при .

Аналог – полярный диэлектрик.

При наложении внешнего поля возникаетиз-за:

• перестройки атомных оболочек

• ориентации в соответствии с направлением поля.

При этом поле молекулярных токов как и полетоков проводимости не имеет источников (магнитных зарядов), то есть длясправедливо:

и -линии и в присутствии вещества остаются замкнутыми.