Положения равновесия:
Устойчивое равновесие (минимум энергии):
( ).
Контур ориентирован так, что
.
.
Неустойчивое равновесие (максимум энергии):
(
).Контур ориентирован так, что направлен противоположно .
.
Вот конспект по магнитным моментам и основным типам магнетизма:
28. Магнитные Моменты Электронов и Атомов. Гиромагнитное Отношение. Диа- и Парамагнетизм
1. Магнитные Моменты Электронов и Атомов ⚛️
Магнитное поле, создаваемое веществом, обусловлено суммарными магнитными моментами его атомов. Магнитный момент атома, в свою очередь, складывается из двух основных частей, связанных с электронами:
Орбитальный магнитный момент (
):
Возникает из-за движения электронов
по орбитам вокруг ядра. Электрон,
движущийся по замкнутой орбите,
эквивалентен круговому току, который
и создаёт магнитный момент.
(
— частота обращения,
— площадь орбиты).Спиновый магнитный момент (
):
Возникает из-за собственного внутреннего
момента импульса электрона, называемого
спином. Спин — это квантовое
свойство, не имеющее классического
аналога, но его можно представить как
"вращение" электрона вокруг
собственной оси.
Результирующий магнитный
момент атома (
)
— это векторная сумма орбитальных и
спиновых моментов всех электронов в
атоме.
В большинстве атомов (с чётным числом электронов, например, в благородных газах) орбитальные и спиновые моменты скомпенсированы (спарены), и их результирующий магнитный момент равен нулю. Такие атомы не обладают собственным магнитным моментом.
В атомах с нечётным числом электронов (или с незаполненными электронными оболочками) результирующий магнитный момент не равен нулю.
2. Гиромагнитное Отношение ( ) 🌀
Гиромагнитное отношение
(
)
— это отношение магнитного момента
частицы (
)
к её моменту импульса (угловому моменту,
):
Универсальность: Для чисто орбитального движения электрона это отношение является постоянным и не зависит от радиуса орбиты или скорости:
— заряд электрона,
— его масса.
Для спина: Гиромагнитное отношение спина электрона в два раза больше орбитального:
.Физический смысл: Гиромагнитное отношение показывает связь между магнитными и механическими свойствами материи. Оно лежит в основе таких явлений, как эффект Эйнштейна — де Хааза (намагничивание при закручивании).
3. Типы Магнетизма Веществ
Магнитные свойства вещества определяются его реакцией на внешнее магнитное поле и характеризуются относительной магнитной проницаемостью ( ):
— магнитная восприимчивость.
А. Диамагнетизм (Диамагнетики) ➖
Особенность:
(но очень близко к 1, например,
).
.Реакция на поле: Диамагнетики слабо намагничиваются против направления внешнего поля.
Причина: Диамагнетизм присущ всем веществам, но проявляется только у тех, чьи атомы не имеют собственного магнитного момента (все электронные оболочки заполнены). При включении внешнего поля возникает индукционный орбитальный момент (подобно вихревым токам), направленный против поля (согласно закону Ленца).
Примеры: Инертные газы, большинство органических соединений, медь (
),
вода (
),
золото (
).
Б. Парамагнетизм (Парамагнетики) ➕
Особенность:
(но очень близко к 1).
.Реакция на поле: Парамагнетики слабо намагничиваются по направлению внешнего поля.
Причина: Атомы парамагнетиков имеют собственный, нескомпенсированный магнитный момент. В отсутствие поля эти моменты расположены хаотично из-за теплового движения. Внешнее поле стремится ориентировать их вдоль своего направления, вызывая слабое намагничивание.
Примеры: Кислород (
),
алюминий (
),
платина (
),
щелочные и редкоземельные металлы.Закон Кюри: Магнитная восприимчивость парамагнетиков обратно пропорциональна абсолютной температуре:
.
С увеличением температуры тепловое
движение усиливает хаотичность, и
намагниченность падает.