ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Діамагнетики і парамагнетики в магнітному полі

 

Усі речовини при розгляді їхніх магнітних властивостей називають магнетиками. Існують три класи магнетиків з різко відмінними магнітними властивостями: діамагнетики, парамагнетики, феромагнетики. Будь-яка речовина при внесенні її в зовнішнє магнітне поле намагнічується в тому або іншому ступені, тобто створює своє власне магнітне поле, яке накладається на зовнішнє поле.

Кількісною характеристикою намагніченого стану речовини є векторна величина – намагніченість , що дорівнює відношенню магнітного моменту макроскопічного малого об’єму речовини до цього об’єму:

, (5.73)

де − магнітний момент i-го атома (молекули), N – загальна кількість атомів (молекул) в об’ємі . Цей об’єм має бути таким малим, щоб в його межах магнітне поле можна було вважати однорідним. Водночас кількість атомів (молекул) має бути досить великою, щоб до них можна було застосовувати статистичні закономірності.

Діамагнетиками називають речовини, що намагнічуються у зовнішньому магнітному полі в напрямі, протилежному напрямові вектора магнітної індукції.

Діамагнетиками є речовини, магнітні моменти атомів, молекул або іонів яких за відсутності зовнішнього магнітного поля дорівнюють нулеві. До діамагнетиків належать інертні гази, молекулярні водень і азот, вісмут, цинк, мідь, золото, срібло, кремній, германій, вода у рідинному стані, ацетон, гліцерин, нафталін і багато інших речовин. При внесенні діамагнітної речовини в зовнішнє магнітне поле атоми (молекули) речовини набувають, згідно з теоремою Лармора, наведених магнітних моментів . Останні пропорційні магнітній індукції і протилежні вектору за напрямом. У межах малого об’єму ізотропного діамагнетика вектори усіх атомів (молекул) однакові.

Тому намагніченість:

, (5.74)

де − концентрація атомів (молекул), − безрозмірний коефіцієнт пропорційності ( у діамагнетиків ). Для атомарного діамагнетика

. (5.75)

Магнітна сприйнятливість середовища зв’язана з співвідношенням:

або . (5.76)

У діамагнетиків ~ , тобто і магнітна сприйнятливість практично дорівнює :

. (5.77)

Поводження діамагнетиків у магнітному полі істотно відрізняється від поводження неполярних діелектриків у електричному полі. Діелектрик поляризується в напрямі вектора напруженості електричного поля. Тому легкий стрижень, виготовлений з діелектрика і вільно підвішений в однорідному електричному полі, встановлюється так, щоб його вісь була паралельна . У неоднорідному електричному полі стрижень з діелектрика втягуватиметься в область поля, де напруженість поля більша.

Стрижень з діамагнітного матеріалу (наприклад, з вісмуту) намагнічується в напрямі, протилежному вектору магнітної індукції зовнішнього поля. Тому в неоднорідному магнітному полі діамагнітний стрижень виштовхується в область поля, де магнітна індукція менша, і встановлюється так, щоб його вісь була перпендикулярна (рис.5.20). Діамагнітним є полум’я, наприклад, полум’я свічки. (Головним чином, за рахунок вуглекислого газу СО2.) Тому полум’я виштовхується з магнітного поля (рис. 5.21).

Діамагнетизм властивий усім тілам без винятку, бо в усіх атомах, вміщених у магнітне поле, виникають наведені магнітні моменти . Але проявляється діамагнетизм тільки у тих речовин, атоми або молекули яких не мають власних магнітних моментів. Діамагнітні властивості тіл не залежать від температури. Тепловий рух атомів у цілому не порушує орієнтацію індукованих магнітних моментів.

Парамагнетиками називають речовини, що намагнічуються у зовнішньому магнітному полі в напрямі вектора магнітної індукції. Атоми (молекули або іони) парамагнетика мають власні магнітні моменти . До парамагнетиків належать багато металів (лужні і лужноземельні метали, певні перехідні метали, а також сплави цих металів), кисень О2, оксид азоту NO, оксид марганцю MnO, хлорид заліза FeCl2 і багато інших елементів, а також розчини різних солей.

За відсутності зовнішнього поля парамагнетик не намагнічений, оскільки внаслідок теплового хаотичного руху власні магнітні моменти атомів орієнтовані цілком безладно . При внесенні парамагнітної речовини в зовнішнє магнітне поле атоми (молекули) прецесують навколо напряму з кутовою швидкістю прецесії Лармора. У той же час спільна дія на атоми (молекули) парамагнетика магнітного поля та їхніх зіткнень один з одним внаслідок теплового руху спричиняють переважну орієнтацію власних магнітних моментів атомів уздовж напряму вектора . В результаті парамагнетик намагнічується „вздовж поля”, тобто в напрямі вектора .

Класичну теорію парамагнетизму розробив П.Ланжевен (1905). Він розглянув статистичну задачу про поводження молекулярних струмів і відповідних їм магнітних моментів у однорідному магнітному полі з індукцією . Виявилося, що намагніченість парамагнетика в полі залежить від параметра , де − стала Больцмана, Т – абсолютна температура:

, (5.78)

де − концентрація атомів (молекул) парамагнетика. Функція називається класичною функцією Ланжевена і має вигляд:

, (5.79)

де − гіперболічний котангенс а.

На рисунку 5.22 подано графік функції . При : магнітні моменти всіх атомів „вишикувані” вздовж поля, і намагніченість парамагнетика не збільшується при подальшому зростанні . Цей стан називають станом магнітного насичення парамагнетика. Він може відбуватися тільки в дуже сильних полях і при досить низьких температурах (наприклад, при К , якщо B ~ 100 Тл). Зазвичай і . Отже, в слабкому магнітному полі намагніченість ізотропного парамагнетика пропорційна магнітній індукції поля:

, (5.80)

де .

Величина для парамагнетиків додатна і дуже мала (від 10-5 до 10-3). Тому магнітна сприйнятливість для парамагнетиків практично не відрізняється від . Тобто

. (5.81)

Це співвідношення є виразом закону Кюрі (1895):

Магнітна сприйнятливість парамагнетика обернено пропорційна його абсолютній температурі.

При внесенні парамагнітного стрижня в магнітне поле, створене між полюсами електромагніту, він встановлюється вздовж лінії індукції цього поля і притягається до найближчого полюса (рис. 5.23).

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти