Магнитные свойства вещества

Согласно гипотезе Ампера магнитные свойства вещества, то есть их способность намагничиваться обусловлена движением электронов вокруг ядра атома. Такое движение можно уподобить круговому току. Действительно раз электрон движется вокруг ядра атома (для простоты по круговой орбите), то данное движение можно уподобить витку с током. И поставить данному витку с током в соответствии магнитный момент.

- сила тока

- площадь поверхности на которую опирается замкнутый контур

- нормаль к данной поверхности, причём она вязана с направлением тока правилом правого винта.

Если вращение электрона вокруг ядра происходит с некоторой частотой , то

- заряд электрона.

Данному движению так же можно поставить момент импульса

- линейная скорость движения электрона; - угловая скорость вращения электрона по орбите.

Между моментом импульса и магнитным моментом существует взаимосвязь

Знак минус говорит о том, что магнитный момент и момент импульса направлены в противоположные стороны.

Коэффициент пропорциональности между моментом импульса и магнитным моментом получил название гиромагнитного отношения.

Однако экспериментальные данные показывают что оно близко к величине.

Объяснить данное отличие можно тем что в процессе моделирования не были учтены спиновые моменты импульсов электронов. Электрон вращается не только вокруг ядра атома а так же имеет место вращение электрона вокруг собственной оси. До недавних пор под спином понимался момент импульса электрона обусловленный вращением электрона вокруг собственной оси. В настоящее время у спина существует другое толкование. Спин – это такое же присущее электрону свойство как масса, заряд электрона, с учётом введённого спинового момента импульса, а так же спинового магнитного момента можно установить правильную взаимосвязь между моментом импульса электрона и магнитным моментом электрона.

Суммарный магнитный момент электрона:

- магнитный момент обусловленный движением электрона вокруг ядра;

- магнитный момент обусловленный наличием у электронов спинов.

Суммарный магнитный момент атома может быть представлен как:

- магнитный момент ядра;

- магнитный момент электронов обусловленный вращение электронов вокруг ядра;

- магнитные спиновые моменты электронов.

Учитывая что ядро является нейтральным образованием:

Поэтому основной вклад в магнитный момент атома вносят магнитные моменты электронов и магнитные спиновые моменты электронов.

Явление диа и пара магнетизма

Все магнитики, то есть вещества которые способны намагничиваться во внешнем МП (то есть приобретать свой собственный магнитный момент) условно можно разделить на: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Диамагнетики - это те вещества в которых происходит ослабление внешнего МП

Парамагнетики – это те вещества в которых происходит усиление внешнего МП.

Ферромагнетики – это те вещества которые даже в отсутствии внешнего МП обладают собственной намагниченностью.

Как диамагнетикам так и парамагнетикам присуще явление диамагнетизма, то есть явление ослабление внешнего МП в данном виде магнетитов.

Явление диамагнетизма можно объяснить:

Полагаем что электрон вращается по некоторой круговой орбите. В этом случае можно уподобить круговому току причём поставить данному круговому току в соответствии магнитный момент . При воздействии внешнего МП с индукцией электронная орбита атома начинает прецессировать вокруг вектора и соответственно магнитный момент данной орбиты, который однозначно определяет положение данной орбиты в пространстве начинает прецессировать вокруг вектора магнитной индукции .

В процессе данного движения вектор описывает в пространстве коническую поверхность.

Само движение электронной орбиты можно так же уподобить круговому току, причём так как данный ток вызван внешним МП то данный ток (индукционный) подчиняется правилу Ленца. « Создаваемое им МП должно иметь такое направление что бы препятствовать изменению того магнитного потока который создает данный индукционный ток». Данному индукционному току можно поставить в соответствии так называемый индуцированный магнитный момент, который направлен против магнитного момента тока обусловленного вращением электронов вокруг ядра атомов.

Таким образом в результате такого воздействия внешнего МП за счёт появления своеобразного индукционного тока происходит ослабление МП внутри магнетика. В отсутствии внешнего МП диамагнетики не обладают магнитными свойствами так как магнитные моменты скомпенсированы.

У парамагнетиков моменты электронов взаимно не компенсируют друг друга, то есть магнитные моменты атомов значительно больше взаимно скомпенсированных магнитных моментов атомов диамагнетиков.

В отсутствии внешнего МП магнитные моменты атомов компенсируют друг друга и поэтому парамагнетики так же как и диамагнетики не обладают магнитными свойствами.

При внесении парамагнетика во внешнее МП собственные магнитные моменты атомов начинают выстраиваться вдоль внешнего МП, но за счёт прецессии электронов вокруг вектора индукции так же появляется индуцированный магнитный момент который направлен против внешнего поля.

Отличие парамагнетиков от диамагнетиков состоит в том, что собственный магнитный момент атома парамагнетика значительно больше магнитного момента диамагнетика, а поэтому индуцированный магнитный момент не может значительно повлиять на ослабление магнитного момента атома. У диамагнетиков собственный магнитный момент мал и поэтому за счёт появления индуцированного магнитного момента атома в ходе прецессии вокруг вектора уменьшается в следствии чего происходит ослабление внешнего МП.