Парамагнетики

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Парамагне́тики (рос. парамагнетики, англ. paramagnets, paramagnetic materials, нім. Paramagnetika n pl) — речовини з невеликою позитивною магнітною сприйнятливістю, які у зовнішньому магнітному полі намагнічуються вздовж поля і дещо підсилюють його.

Загальна характеристика[ред.ред. код]

Атоми парамагнетиків мають свій магнітний момент. Магнітна сприйнятливість парамагнетиків завжди додатня і лежить у діапазоні 10−4 — 10−7. До парамагнетиків належать:

Фізична природа парамагнетизму[ред.ред. код]

Парамагнетизм спостерігається в речовинах, молекули яких мають власний магнетний момент. Магнетні диполі молекул при відсутності зовнішнього магнетного поля орієнтовані хаотично, тож сумарний магнетний момент будь-якої макроскопічної області в парамагнетику дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле частково орієнтує магнетні диполі молекул, і тоді в речовині виникає макроскопічний магнетний момент за величиною пропорційний прикладеному полю.

Дія магнетного поля на речовину є релятивістьким ефектом, тобто пропорційна відношенню швидкості електронів до швидкості світла. Це мала величина, тож парамагнетна сприйнятливість теж мала.

Власні магнетні моменти молекул речовини зумовлені орбітальним рухом електронів (кутовим моментом) або неспареними спінами електронів. Парамагнетизм є свідченням існування таких моментів.

Згідно з класичною теорією парамагнетизму в слабких магнетних полях, коли  \mathbf{m} \cdot \mathbf{B} << k_BT , де  \mathbf{m}  — дипольний магнетний момент молекули,  \mathbf{B}  — вектор індукції магнетного поля,  k_B  — стала Больцмана, T — температура, магнетну сприйнятливість парамагнетика можна обрахувати за допомогою формули

 \chi = \frac{N \mathbf{m}^2}{3k_BT} ,

де N — кількість молекул в одиниці об'єму речовини.

Обернено-пропорційна залежність магнетної сприйнятливості від температури відома, як закон Кюрі.

Квантова теорія[ред.ред. код]

У квантовій механіці проекція оператора магнетного моменту на напрямок магнетного поля приймає лише певні дискретні значення, і вклад магнетного поля в енергію молекули обчислюється за формулою

 E_m = g\mu_BmB \, ,

де g — g-фактор Ланде, μB — магнетон Бора, m — магнетне квантове число, B — індукція магнетного поля.

Дискретність магнетного моменту частки призводить до зміни магнетної сприйнятливості. Так, зокрема, для електрона із спіном 1/2 магнетна сприйнятливість в слабких полях втричі більша за класичну:

 \chi = \frac{N \mathbf{m}^2}{k_BT} .

Див. також[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.