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 магнітний момент. Магнітні диполі молекул при відсутності зовнішнього магнітного поля орієнтовані хаотично, тож сумарний магнітний момент будь-якої макроскопічної області в парамагнетику дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле частково орієнтує магнітні диполі молекул, і тоді в речовині виникає макроскопічний магнітний момент, за величиною пропорційний прикладеному полю.

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

Власні магнітні 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 магнітного поля,  k_B  — стала Больцмана, T — температура, магнітну 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 магнітної сприйнятливості від температури відома, як закон Кюрі-Вайса.

Квантова теорія[ред.ред. код]

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

 E_m = g\mu_BmB \, ,

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

Дискретність магнітного моменту частки призводить до зміни магнітної сприйнятливості. Так, зокрема, для електрона із спіном 1/2 магнітна 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.