2. Парамагнетизм

Магнитные моменты атомов парамагнитных веществ отличны от нуля в отсутствии внешнего поля. Спиновый магнитный момент электронов таких атомов нескомпенсирован, поскольку в них есть «неспаренные» электроны. Однако в отсутствие внешнего поля магнитные моменты отдельных атомов разупорядочены за счёт теплового движения и . Во внешнем поле появляется некоторая преимущественная ориентация , причём и (см. рис. ). Таким образом результирующее поле несколько больше, чем . Тепловое движение препятствует «хорошему» упорядочению – «разбрасывает» по всем направлениям. Экспериментально это проявляется в зависимости намагниченности от температуры по закону Кюри

J  . (11.8)

Итак, результирующее поле молекулярных токов в парамагнетиках направлено в ту же сторону, что и внешнее поле. Внешние проявления парамагнетизма в сильных магнитных полях противоположны диамагнетикам – они втягиваются в область сильного магнитного поля (вспомните поведение магнитного диполя в однородном и неоднородном магнитных поля). Это есть следствие сонаправленности результирующего магнитного момента молекулярных токов в этих веществах ( ). (Демонстрация: раствор FeCl₃ в ампуле или в U–образном колене)

Количественная теория парамагнетизма с обоснованием закона Кюри была развита Ланжевеном в 1905 г.

Ранее мы отмечали, что «наведённый магнетизм» характерен для всех атомов любых веществ. Механизм намагничивания диамагнетиков, связанный с возникновением Ларморовой прецессии, присущ всем веществам. Однако при наличии «спинового» магнетизма, преобладает последний – магнитное поле в парамагнетиках несколько больше, чем в вакууме.

3. Ферромагнетизм

Способность к намагничиванию некоторых веществ больше, чем у диа- и парамагнетиков в 10¹⁰ раз! Это сильные магнетики – ферромагнетики. К таким веществам относятся, например, Fe, Ni, Co, …, ферромагнитные полупроводники – ферриты. Для них  >> 1. Как мы помним в опыте Эйнштейна – де Хааса, проводимом с железным стержнем, гиромагнитное отношение оказалось равным , т.е. g–фактор равен 2. Это свидетельствует, что механизм намагничивания связан со спиновым магнитным моментом атомов. Почему же этот магнетизм намного ярче выражен ( >> 1), чем у обычных парамагнетиков? Оказывается это проявление «коллективных» процессов намагничивания – в ферромагнетиках возникают области спонтанной намагниченности макроскопических размеров (10^-6 – 10^-5 м) – «домены»!

Объяснение возможности такого механизма намагничивания дает только квантовая механика. Теория ферромагнетизма была впервые разработана Френкелем и Гейзенбергом в 1928 г.

…

Отличия от случая слабых магнетиков не только количественные. Оказывается, намагниченность ферромагнетиков зависит не только от величины поля сторонних токов, но и от «предыстории» процесса намагничивания – наблюдается «гистерезис» – см. рис.11... Магнитное поле в ферромагнетике нарастает при намагничивании нелинейно, достигая насыщения. Затем при уменьшении внешнего поля намагниченность убывает медленнее, чем она росла и, при «снятии» внешнего поля не обращается в ноль – это «остаточная намагниченность». Она-то и объясняет существование постоянных магнитов хорошо знакомых нам с детства. В процессе перемагничивания ферромагнитного вещества в нём происходит перестройка границ доменов. Это макроскопический процесс, он сопровождается возникновением значительных механических напряжений и, как следствие, порождает звук – «шумы Баркгаузена».