3.6 Магнитные свойства твердых тел.

Намагниченность вещества по определению есть магнитный дипольный момент единицы объема твердого тела:

, (3.76)

где N – число атомов в объеме V, - магнитный момент отдельного атома.

С другой стороны, в макроскопической электродинамике намагниченность пропорциональна напряженности магнитного поля :

, (3.77)

где  – магнитная восприимчивость, характеризующая способность тела намагничиваться, она показывает во сколько раз внутреннее магнитное поле больше, чем внешнее.

Удельная магнитная восприимчивость равна:

, (3.78)

где  – плотность вещества.

Молярная магнитная восприимчивость:

, (3.79)

где - молярная масса (см. формулу (3.2)).

Магнитное поле в веществе описывают вектором магнитной индукции B:

, (3.80)

где  – индукция внешнего поля в вакууме , ₀=4∙10^-7(Гн/м) – магнитная постоянная, - напряженность магнитного поля.

Подставив в выражение (3.80) и , получим выражение:

(3.81)

где =1+ – относительная магнитная проницаемость вещества, которая показывает во сколько раз индукция поля в веществе больше, чем в вакууме.

В зависимости от величины и знака  все твердые тела делятся на три больших класса.

1. Диамагнетики:   -10^-5,   1. К диамагнетикам относятся медь, некоторые окислы и диэлектрики.

2. Парамагнетики: 10^-4,   1. К парамагнетикам относятся вольфрам платина и другие металлы, их сплавы, некоторые соли и т.д. Разница между диамагнетиками и парамагнетиками в том, что в первом случае внутреннее поле () направлено противоположно внешнему (), а во втором они сонаправлены.

3. Ферромагнетики:   10²10⁶,  >> 1. К ферромагнетикам относятся переходные и редкоземельные элементы периодической таблицы Менделеева.

Магнитные свойства атомов

Магнитные свойства твердых тел зависят от магнитных свойств атомов их составляющих. С вращательным движением электронов вокруг ядра связан орбитальный магнитный момент. По определению орбитальный магнитный момент атома равен:

, (3.82)

где  –  полный орбитальный механический момент атома.

Значение орбитального магнитного момента определяется выражением:

, (3.83)

где g_L – орбитальный g - фактор, равный 1; –магнетон Бора,  –  орбитальное квантовое число.

Проекция этого момента на направление внешнего магнитного поля:

(3.84)

где m_L={– l ... l} – магнитное квантовое число.

Спиновый магнитный момент атома

Электрон, как известно, обладает и собственным механическим моментом или спином , с которым связан спиновый магнитный момент :

(3.85)

где e – заряд электрона, m – его масса.

Величина спинового магнитного момента опирается выражением (3.86):

(3.86)

где s – полный спиновый момент, - спиновый g – фактор, - магнетон Бора.

Сумма орбитального механического и спинового моментов дают полный механический момент.

(3.87)

Результирующий магнитный момент атом . Величина:

(3.88)

где J – внутреннее квантовое число атома.

Коэффициент g_J называется множителем Ланде, он равен 1 для чисто орбитального магнетизма и 2 для чисто спинового магнетизма.