II. Диа и парамагнетизм. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры.Закон Кюри.

Для исследования магнитных свойств вещества из него изготавливают небольшой стерженек (или трубку, если жидкое) и наблюдают поведение вещества в сильном магнитном поле.

Если испытуемый стрженек помещен в поле, то действие поля на него сводится к определению ориентации его в этом поле:

а) если стерженек в однородном поле устанавливается поперек линий поля, а в неоднородном выталкивается в область слабого поля – диамагнетик.

Диамагнетики: Cu, Bi, Sb, Ag, Au, Pb, J, C, Hg, Si, Zn, S, H2O, N2, CO2, благородные газы и органические соединения.

б) если стерженек в однородном поле устанавливается вдоль линий индукции поля , а в неоднородном также вдоль линий поля и втягивается в область более сильного поляпарамагнетик.

К парамагнетикам относятся: Al, Mn, Cr, Sn, Pt, растворы солей железа, твердый и жидкий О2, воздух, органические соединения…

Как же объяснить магнитные свойства веществ?

А. Парамагнетики.

а)

Их свойства объясняются наличием у атомов магнитного момента . В отсутствие магнитного поля магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно (а). Во внешнем поле (б) на каждый атом действует пара сил и магнитные моменты атомов устанавливаются по полю и. При этом направление намагничения( направлено от S к N) оказывается параллельно . Объяснение парамагнетизма в точности совпадает с теорией поляризации диэлектриков. Отметим: теория парамагнетизма была развита Ланжевеном раньше теории диэлектриков и Дебай перенес эту теорию на диэлектрики.

б)

Парамагнитный эффект зависит от температуры, т.к. тепловое движение атомов или молекул нарушает ориентацию их магнитных моментов во внешнем магнитном поле. Для многих парамагнетиков зависимость изменения æ с температурой подчиняется закону:

– закон Кюри, (6)

где С – постоянная Кюри, зависит от рода вещества.

Температура Кюри Тк – температура, при которой ферромагнитные свойства исчезают совсем. Для различных веществ она различна:

Кобальт: 1150°С

Никель: 360°С.

При температурах выше температуры Кюри действует другой закон:

– закон Кюри-Вейсса (7)

Б. Диамагнетики.

Для диамагнетиков вектор намагничения направлен против поля. Если попытаться объяснить это явление как и для парамагнетиков, то нужно предположить, что “магнитные диполи” северными концами притягиваются к северному полюсу магнита создающего поля, т.е. нарушить закон взаимодействия магнитных полюсов.

Теория диамагнетизма дана Ланжевеном.

При движении электрона по орбите проявляется кулоновская сила притяжения . При наложении внешнего поля появляется магнитная сила, которая в зависимости от направлениябудет ↑↑ или ↑↓ силе . Тогда будет изменяться, а следовательно будет изменяться и величина угловой скорости электрона, т.е. > или < 0, а это вызовет его ускорение или торможение.

Согласно элементарной теории Бора, можно получить, что орбитальный момент электрона равен:

,

где ω – угловая скорость вращения электрона.

Следовательно его изменение:

, в зависимости от ∆ω может быть:

∆Р_орб > 0 или < 0

Вывод: При наложении внешнего магнитного поля возникает противоположный полю момент , что дает намагничиваниев направлении, обратном полю: – этодиамагнитный эффект, присущий всем атомам.

Если (диамагнетик) – чистый диамагнитный эффект.

Если (парамагнетик) – уменьшает парамагнитный эффект.

Зависимость намагниченности диа и парамагнетиков от напряженности поля представлена на графике.

На графике представлена зависимость намагниченности диа и парамагнетиков от напряженности поля.