5.1 Класифікація речовин за магнітними властивостями

Всі речовини за реакцією на вплив зовнішнього магнітного поля можна розділити на наступні групи: діамагнетики, парамагнетики, феромагнетики, антиферомагнетики й феримагнетіки.

До діамагнетиків відносяться речовини, в яких магнітна сприйнятливість негативна й не залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля. Діамагнітний ефект обумовлений незначною зміною кутової швидкості орбітального обертання електронів. Якщо електронну орбіту розглядати як замкнутий контур, який не володіє активним опором, то під дією зовнішнього поля в цьому контурі змінюється сила струму й виникає додатковий магнітний момент. Відповідно до закону Ленца цей момент спрямований назустріч зовнішньому полю. У тому випадку, коли площина електронної орбіти розташована не перпендикулярно до вектора Н, то зовнішнє магнітне поле викликає прецесійний рух орбіти навколо напрямку Н. При цьому вектор орбітального магнітного моменту описує конус. Кутова швидкість прецесії визначає значення негативного магнітного моменту . Діамагнітний ефект має місце у всіх речовинах, але виступає на перший план у тих випадках, коли власний момент атомів дорівнює нулю, тобто спінові магнітні моменти попарно скомпенсовані.

Чиселове значення магнітної сприйнятливості діамагнетиків становить – (10^-6-10^-7). Відносна магнітна проникність цих речовин незначно відрізняється від одиниці . Зовнішнім проявом діамагнітного ефекту є виштовхування цих речовин з неоднорідного магнітного поля.

Н

Рисунок 5.1- Прецесія електронних орбіт під дією магнітного поля.

До діамагнетиків належать інертні гази, водень, азот, вода, мідь, срібло, золото, цинк, ртуть і т.д. Діамагнетиками є також речовини в надпровідному стані.

До парамагнетиків відносяться речовини з позитивною магнітною сприйнятливістю, що не залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля. У парамагнетиках атоми мають елементарні магнітні моменти навіть при відсутності зовнішнього магнітного поля, однак через тепловий рух ці магнітні моменти розподілені хаотично, в результаті чого намагніченість речовини в цілому дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле викликає переважно орієнтацію магнітних моментів атомів в одному напрямку, але теплова енергія протидіє створенню магнітної впорядкованості. У зв'язку з цим парамагнітна сприйнятливість сильно залежить від температури. При нормальній температурі магнітна сприйнятливість парамагнетиків дорівнює 10^-3 – 10^-6. Тому їх магнітна проникність незначно відрізняється від одиниці ( . Завдяки позитивній намагніченості парамагнетики, вміщені в неоднорідне магнітне поле, втягуються в нього.

Парамагнетиками є кисень, лужні й луго-земельні метали, солі заліза, кобальту, нікелю і т.д.

До феромагнетиків відносяться речовини з великою позитивною магнітною сприйнятливістю (до10⁶), що сильно залежить від напруженості магнітного поля й температури. Для феромагнетиків характерна внутрішня магнітна впорядкованість, що полягає в існуванні макроскопічних областей з паралельно орієнтованими магнітними моментами атомів. Ці речовини здатні намагнічуватися до насичення у відносно слабких магнітних полях.

Антиферомагнетиками є речовини, в яких нижче деякої температури виникає антипаралельна орієнтація елементарних магнітних моментів однакових атомів або іонів кристалічних граток. Вони характеризуються незначною позитивною магнітною сприйнятливістю (10^-3 – 10^-5), що дуже залежить від температури. При нагріванні антиферомагнетик випробовує фазовий перехід у парамагнітний стан. Температура такого переходу, при якій зникає магнітна впорядкованість, називається точкою Нееля або антиферомагнітною точкою Кюрі.

Усього відомо близько тисячі з'єднань з властивостями антиферромагнетиків. Представниками антиферомагнетиків є хром, марганець, германій і т.д.

До феримагнетиків відносяться речовини, магнітні властивості яких обумовлені нескомпенсованим антиферомагнетизмом. Як і феромагнетики, вони мають високу магнітну сприйнятливість, що істотно залежить від напруженості магнітного поля й температури.

Властивостями феримагнетиків володіють різні оксидні з'єднання, серед яких найбільший практичний інтерес мають ферити.

Діа-, пара- і антиферомагнетіки можна об'єднати в групу слабкомагнітних речовин. Феро- і феримагнетики є сильномагнітними речовинами.

Для більш повного та детального розуміння цього питання прочитайте матеріали 1 (стр.85-87), 2 (стр.267-270), література.