Лекция №9 Магнитное поле веществе

План лекции:

1. Магнитные моменты электронов и атомов.

2. Действие магнитного поля на электронные орбиты атомов и молекул в веществе. Процессия Лармора.

3. Величины, характеризующие магнитное поле в веществе: вектор намагниченности, магнитная восприимчивость, магнитная проницаемость.

4. Типы магнетиков: диа - и пара - магнетики. Соотношение между проявлениями диа- и парамагнитных свойств вещества.

5. Ферромагнетизм. Точка Кюри.

6. Магнитный гистерезис. Применение ферромагнетиков.

7. Квантовая природа ферромагнетизма. Механизм намагничивания ферромагнетика.

8. Эффекты взаимодействия магнетиков с внешним полем: гиромагнитный и магнитострикционный эффекты.

Вопрос №1. Магнитные моменты электронов и атомов.

В начале 19 века ампер пришел к выводу, что магнитные свойства вещества можно объяснить, если допустить. Что атомы представляют собой микроскопические элементарные магниты. Однако это доказать он не смог. Используя ядерную модель строения атома смогли понять происхождение магнитных моментов атомов. В самом деле, электроны, циркулируя в атоме, представляют собой элементарный ток, обладающий магнитным моментом р_т. Кроме того, циркулирующий по орбите электрон имеет момент импульса, называемый орбитальным моментом импульса L^op6.

Между р_m^орб и L^орб существует взаимосвязь:

(1,1)

где m_е- маса электрона, е - его заряд

Магнитный момент атома складывается из магнитных моментов электронов, движущихся вокруг ядра, и магнитного момента самого ядра. Однако опыт показывает, что магнитный момент ядра в 2000 раз меньше магнитного момента электрона. Поэтому магнитным моментом ядра пренебрегают. Тогда магнитный момент атома равен векторной сумме магнитных моментов электронов, циркулирующих вокруг ядра.

Оценим величину этого магнитного момента. Пусть в пространстве выделено некоторое направление, например ось Z. Это может означать, что вдоль этой оси направлено какое-либо магнитное поле. Пусть L_z^op6 - проекция орбитального момента имеющая направление.

Тогда L_z^орб= mh, где h - постоянная Планка. Зная соотношение (1.1), получим для проекции следующее значение:

Величина μ_B называется магнитоном Бора и равна (9,274078±0,000036)xl0^-24 А∙м²

Вопрос №2. Действие магнитного поля на электронные орбиты атомов и молекул в веществе. Процессия Лармора.

Прецессионное движение электронных орбит в 1895 году открыл Д.Лармор - английский физик, родился в Ирландии. Аналогичное прецессионное движение совершает гироскоп в поле сил тяготения.

Процессия Лармора (теорема): единственным результатом действия магнитного поля на движение электрона в атоме является процессия электронных орбит вокруг оси, параллельной магнитному полю и проходящей через ядро атома, причем модуль угловой скорости равен отношению

Прецессия электронных орбит приводит к появлению дополнительного орбитального тока:

(1,2)

Этот ток создает индуцированный (наведенный) орбитальный магнитный момент р_m, направленный против внешнего поля В:

(1,3)

где S — проекция площади S орбиты на плоскость, перпендикулярную вектору индукции В.

Для атома, имеющего Z электронов, общий наведенный орбитальный магнитный момент

(1,4)

где (S_┴) — среднее значение проекции площади одной орбиты. Этот дополнительный магнитный момент приводит к возникновению индуцированной намагниченности, направленной против внешнего поля В. Он играет определяющую роль при объяснении явления намагничивания диамагнетиков.