22.2. Диамагнетики

На электрон в атоме действует сила кулоновского притяжения к ядру . Запишем второй закон Ньютона для электрона

, (22.2.1)

где m и – масса и скорость электрона;

r – расстояние его до ядра.

Поместим атом во внешнее магнитное поле с напряженностью так, чтобы магнитный момент атома был сонаправлен с напряженностью . На электрон атома, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, которая в данном случае направлена противоположно кулоновской силе, поэтому уменьшает силу притяжения электрона к ядру (рис. 22.2.1).

По второму закону Ньютона можно записать

_{( 22.2.2)}

Левая часть соотношения (22.2.2) уменьшается по сравнению с формулой (22.2.1), поэтому скорость движения электрона уменьшается. Следовательно уменьшается магнитный момент электрона, который пропорциoнален скорости электрона

.

Получаем или Δ = < 0.

Это значит, что индуцируется (наводится) некоторый магнитный момент , направленный противоположно , т.е.

↑↓ .

Рассмотрим второй случай, когда напряженность внешнего магнитного поля направлена противоположно магнитному моменту атома (рис. 22.2.2). Применяя правило левой руки, получаем, что направление силы Лоренца совпадает с направлением кулоновской силы. В результате скорость движения электрона увеличивается, поэтому увеличивается магнитный момент электрона и получаем или > 0. Следовательно, индуцированный магнитный момент, опять направлен противоположно напряженности внешнего магнитного поля .

Аналогичный результат получается для любых направлений относительно .

Вывод: во внешнем магнитном поле у атомов всех веществ появляется индуцированный магнитный момент , направленный противоположно внешнему магнитному полю .

Это явление называется диамагнитным эффектом. У диамагнетиков намагниченность, которая равна сумме магнитных моментов атомов единицы объема вещества, направлена противоположно напряженности внешнего магнитного поля

↑↓ .

Из соотношения следует, что магнитная восприимчивость диамагнетиков отрицательна <0, а магнитная проницаемость меньше единицы

.

Молекулы	Магнитная восприимчивость
	-12,0*
	-4,0*
	-13*
NaCl	-30,3*

У многих диамагнетиков ~ . Диамагнетик выталкивается из сильного внешнего магнитного поля и располагается перпендикулярно линиям напряженности поля.

В случае, когда напряженность магнитного поля направлена под углом α к магнитному моменту , причем α , тогда наблюдается прецессия, т.е. плоскость орбиты электрона движется так, что его магнитный момент вращается вокруг направления напряженности внешнего магнитного поля (рис. 22.2.3).

22.3. Парамагнетики

Атомы парамагнетиков имеют собственные магнитные моменты, но из-за хаотического движения атомов суммарный магнитный момент может быть равен нулю.

Во внешнем магнитном поле с напряженностью , во-первых, появляются индуцированные магнитные моменты , направленные противоположно напряженности из-за диамагнитного эффекта; во-вторых, магнитные моменты атомов ориентируются параллельно .

В парамагнетиках магнитный момент атома намного больше индуцированного магнитного момента поэтому, диамагнитный эффект много слабее намагниченности парамагнетика. В результате вещество намагничивается параллельно внешнему полю и ↑↑ . С другой стороны , значит магнитная восприимчивость больше нуля и

.

Обычно ~ и незначительно больше единицы.

Молекулы	Магнитная восприимчивость
Алюминий (Al)
Кислород (О2)

С ростом температуры магнитная восприимчивость уменьшается

,

здесь С - постоянная Кюри.

Парамагнетик втягивается во внешнее магнитное поле и располагается параллельно полю.

Воздух является парамагнетиком из-за большой магнитной восприимчивости входящего в него кислорода.

.