Діамагнетики.

Діамагнітні властивості виявляють усі речовини, якщо їхні атоми або молекули не мають власного магнітного моменту. Розглянемо природу діамагнетизму на прикладі молекули, яка складається з двох атомів. Магнітний момент такої молекули дорівнює нулю, оскільки, згідно з уявленнями квантової фізики, молекула складається з атомів, магнітні моменти яких протилежно спрямовані та взаємно компенсуються.

Якщо зовнішнє поле відсутнє, кожний електрон рухається по коловій орбіті радіусом r, і циклічна частота його обертання дорівнює ₀. Другий закон Ньютона для руху електрона запишемо у вигляді

(4.10)

де F_k - кулонівська сила притягання електрона і ядра. Ця сила велика у порівнянні з силами, які діють на електрон з боку зовнішніх полів, тому радіус орбіти електрона у зовнішньому полі майже не змінюється.

Розглянемо молекулу у зовнішньому магнітному полі, вектор індукції якого перпендикулярний площині обертання електрона. На електрон, який рухається в магнітному полі, діє сила Лоренца. В залежності від взаємної орієнтації векторів B і u сила Лоренца або спрямована до ядра та збігається за напрямком з силою Кулона, або спрямована у протилежний бік. Другий закон Ньютона буде мати вигляд

(4.11)

для першого випадку і

(4.12)

для другого випадку.

Величина сили Лоренца у обох випадках визначається як

. (4.13)

Підставимо вираз для сили Лоренца і сили Кулона в рівняння і отримаємо

(4.14)

для першого випадку і

(4.15)

для другого випадку.

Розв’язуючи ці рівняння відносно величини  =  - ₀, врахуємо, що  + ₀  2. Тоді в першому випадку , тобто частота обертання електрона в магнітному полі збільшилась. Отже, збільшилась лінійна швидкість і, відповідно, орбітальний магнітний момент електрона. При цьому приріст магнітного моменту . В другому випадку , тобто частота обертання електрона в магнітному полі зменшилась. Отже, зменшилась швидкість електрона і відповідний магнітний момент. При цьому приріст магнітного моменту і вектор зміни магнітного моменту протилежно спрямований до магнітного моменту. Можна взагалі сказати, що в магнітному полі електрон придбає додаткову кутову швидкість, яка характеризується частотою _L =  і має назву ларморовой. Напрям вектора _L протилежний до вектора магнітної індукції В у обох випадках. Саме тому, є справедливим наступне векторне співвідношення

. (4.16)

В загальному випадку, коли вектор магнітної індукції напрямлений під деяким кутом до площини обертання електрона, виникає прецесія атома, тобто вісь орбітального обертання електрона рухається, описуючи конічну поверхню. В цьому випадку утворення додаткової кутової швидкості  можна розглядати як кутову швидкість додаткового обертання атома як цілого з частотою _L. Розрахунки, які можуть бути проведені на основі цієї моделі, приводять до наступної формули для магнітної сприйнятливості діамагнетиків:

, (4.17)

де n₀ – число атомів в одиниці об’єму.

Наприкінці відмітимо, що діамагнетизм, як зміна власного магнітного моменту молекул, є властивим всім без винятку речовинам. Однак, у випадку парамагнетиків він “маскується” парамагнітною переорієнтацією власних магнітних моментів, яка вносить значно більший внесок в намагнічення речовини.

Основні властивості діамагнетиків:

1. Діамагнетики послаблюють зовнішнє магнітне поле, оскільки вектор намагнічування протилежний за напрямком вектору магнітної індукції, а за величиною пропорційний йому.

2. Магнітна сприйнятливість не залежить від температури.

3. Діамагнетики – слабкі магнетики, їх магнітна сприйнятливість 10^-5, тому магнітна проникність  1 – 10^-5 1.