Физика для всех. Электроны - Китайгородский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Намагничивание, так же как и поляризация, состоит в «поедании» доменов, моменты которых расположены под тупым углом к ПОЛЮ.
Борьба стремлений кчгорядку и беспорядку в расположении атомов является непременной особенностью любого состояния вещества. Об этом подробно рассказано в книжке автора, изданной в этом же издательстве. Книжка называется «Порадо к и беспорядок в мире атомов».
Как было выяснено во второй книге «Физики для ^всех», стремление к порядку — это стремление к минимуму энергии. Если тепловое движение мало, то предоставленные сами себе частицы образуют чудо атомной архитектуры — кристалл. Кристалл — это символ идеального порядка в мире атомов. Стремление к беспорядку диктуется законом возрастания энтропии.
При повышении температуры энтропийные тенденции берут верх и беспорядок становится господствующей формой существования материи.
В случае ферромагнитных материалов дело обстоит следующим образом. По мере повышения температуры магнитные моменты начинают раскачиваться. Вначале это колебание происходит в такт и не нарушает порядка, затем то один, то другой атом переворачивается и принимает «неправильное» расположение. Число таких атомов, «вышедших из строя», все время растет,, и наконец при ,строго определенной температуре (температуре Кюри) происходит полное «правление» магнитного порядка.
В этой книжке мне трудно объяснить, почему столь незначительное число веществ обладает ферромагнит-
124
ными свойствами. Какие именно детали в строении атомов поставили эти вещества в исключительное положение? Но читатель был бы слишком требователен к ав-, тору, если бы желал получить ответы на все вопросы в этой краткой популярной книге.
Перейдем к описанию поведения других веществ.
; ДИАМАГНИТНЫЕ И ПАРАМАГНИТНЫЕ ТЕЛА
Как уже упоминалось, за исключением небольшого класса ферромагнетиков все остальные вещества имеют магнитную проницаемость, весьма близкую к единице. Тела, у которых \i слегка больше единицы,.называются парамагнитными; тела, у которых магнитная проницаемость меньше единицы, называются диамагнитными. Приведем примеры веществ обоих классов с указанием значений их магнитной восприимчивости:
[А
Алюминий Вольфрам Платина
1,000023 1,000175 1,000253
Серебро
Медь
Висмут
0,999981 0,999912 0,999824
Несмотря на то, что отличия от единицы очень невелики, удается проводить весьма точные измерения. Для этой цели можно, вообще говоря, воспользоваться методом индукционного толчка, с которого мы начали рассказ о магнитных измерениях свойств вещества. Однако наиболее точные результаты получаются с помощью магнитных весов.
В одной из чашек аналитических микровесов (которые, как известно, способны измерять силы с точностью до десятимиллионных грамма) делается отверстие и пропускается нить, к которой подвешивается образец, помещаемый между полюсами магнита. Наконечники магнита должны быть сделаны так, чтобы поле было неоднородным. В этом случае тело либо втягивается, либо выталкивается из области силвного поля. Втягивается оно, когда магнитный момент образца
425
стремится установиться вдоль поля, выталкивается — в обратном случае. Формула силы приведена на стр. 97.
Образец уравновешивается гирьками в отсутствие магнитного поля. После того как образец окажется в поле, равновесие нарушится. В случае парамагнитных веществ придется добавить гирек, в случае диамагнитных надо будет облегчить чашку весов. Нетрудно рассчитать, что хорошие весы помогут нам справиться с этой трудной задачей, ибо (в легко осуществимом случае неоднородности поля порядка сотых долей тесла на сантиметр) на 1 см3 вещества будет действовать сила около миллиграмма. *
Оба свойства — парамагнитные и диамагнитные — объясняются достаточно просто.
Диамагнетизм является непосредственным следствием того обстоятельства, что в магнитном поле каждой электрон будет описывать окружность. Эти круговые токи создают свои собственные магнитные моменты, которые будут направлены против поля, вызвавшего вращение.
Диагмагнетизм является общим для всех веществ свойством.
•Парамагнетизм и тем более ферромагнетизм «забивают» диамагнитные свойства вещества.
К парамагнетикам относятся те вещества, атомы или ионьг которых обладают магнитным моментом. Момент может быть вызван орбитальным движением электронов, спином одиночного электрона или обеими причинами вместе взятыми.
Атомы Диамагнитных веществ в отсутствие, магнитного поля магнитным моментом не обладают. Атомы парамагнитных веществ обладают магнитными моментами, но благодаря тепловому движению они расположены, в полном беспорядке — совершенно так, как у ферромагнитных тел выше точки Кюри. При наложении поля начинается борьба упорядочивающей силы поля с беспорядком, который вносит тепловое движение. По мере понижения температуры все большее число атомов устанавливается так, что их магнитный момент образует острый угол с направлением поля. Поэтому вполне понятно, что с понижением температуры магнитная восприимчивость парамагнитных тел возрастает. ^
