7 Тарау қатты денелердің магнетизмі

Заттың магниттік сипаттамалары көп жағдайларда оның диэлектриктік қасиеттерімен дәл келеді. Бағытталған магниттiк поляризация бағытталған диэлектриялық поляризация ұқсас. Тұрақты магниттік диполдері (моменттер) бар атомдар мен молекулалар сияқты, тұрақты электрлік диполдері бар атомдар мен молекулалар да болады. Көптеген материалдар спонтанды магниттелінеді, сол сияқты кейбір заттар спонтанды электрлік моменттерге ие. Осы және басқа көптеген ұқсастықтарына байланысты диэлектриктік және магниттік құбылыстарды зерттеулер қатар жүргізіледі.

Заттардың магниттік және электрлік қасиеттері арасындағы ең басты айырмашылықты атап өту керек. Электр зарядтары (монопол) оң және теріс зарядты болады. Магниттік зарядтар болмайды, барлық магнит өрісін тұйық токтар тудырады.

Диамагнетизм және парамагнетизм туралы қысқаша «Электр және магнетизм» бөлімінде айтылды (3.8 бөлім). Бұл жеткілікті, себебі техникада бұл құбылыстар көп қолданылмайды. Бұл бөлімде ферромагнетиктер және олардың табиғатына басты көңіл бөлінді.

Атомдардың магниттік моменттерінің табиғаты

Магниттік моменттің пайда болуының екі негізгі себебі бар: электронның орбитальды қозғалысы мен оның спині.

7.1 - сурет Орбитальды магниттік және механикалық моменттерді

түсіндіруге арналған сурет

Орбитальды магниттік момент атомдағы электронның орбита бойымен қозғалысынан пайда болады. Оны ядро айналасындағы кішкене тұйық ток ретінде аламыз. Тогы бар тұйық контурдың элементар магниттік моменті , мұндағы – электрон орбитасының радиусы ток электронның айналуына байланысты , мұндағы  электронның сызықтық жылдамдығы. Сонда:

. (7.1)

Электронның орбитальды механикалық моменті (импульс моменті) (7.2)

модулі . Яғни орбитаға жанама бойымен бағытталады, ал – радиус – жанамаға әрқашан да перпендикуляр, ендеше . Осыдан: .

Гиромагниттік қатынас  бөлшектің магниттік моментінің оның механикалық моментіне қатынасы:

(7.3)

Электронның орбитальдық моментінен басқа меншікті механикалық моменті (спин) мен магниттік моменті бар («Атомдық физика»-ны қара). Эксперимент жүзінде сыртқы магниттік өріс бағытындағы моменттердің проекциялары өлшенеді. Электрон спині проекциясының модулі мынаған тең: , электронның меншікті магниттік моменті проекциясы Бор магнетонына тең: меншікті моменттерге арналған гиромагниттік қатынас

. (7.4)

1914 жылы С. Барнетт механомагниттік эффектіні (намагничивание -үлгіні тез айналдырғанда магниттелінуі) және 1915 жылы А. Эйнштейн және В. де Гааз (1915 г.) магнитомеханикалық эффектіні зерттегенде ферромагнетиктердің гиромагниттік қатынасы -ге тең екендігін тапты. Ол кезде бұл түсініксіз болған, себебі электронның спині туралы ешкім ештеңе білмеген. 1925 жылдан кейін ферромагнетизм электронның меншікті магниттік моментіне байланысты екендігі белгілі болды.