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:
∆Рорб > 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. |