Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
4°. Относительной магнитной восприимчивостью вещества называется безразмерная величина х, связанная с х' соотношением
1 + х = ьЬ? (вСИ>«
1 + 4” - ТтЪ <вСГС>.
откуда
x-j-TJ <вСИ>>
* = <вСГС>-
У диамагнетиков |х'| ~ (10~6 10_6). Поэтому практически
х = х\
5°. Парамагнетиками называются вещества, атомы (моле* кулы) которых в отсутствие внешнего магнитного поля имею* отличный от нуля магнитный момент Pm. Существование этого магнитного момента может быть связано как с орбитальным
§ III.12.3. ДИАМАГНЕТИКИ И ПАРАМАГНЕТИКИ В ПОЛЕ
323
движением электронов в атомах (молекулах) парамагнетика, так и со спиновыми магнитными моментами этих электронов (111.12.1.4°). Примерами парамагнетиков служат щелочные и щелочно-земельные металлы. В отсутствие внешнего магнитного поля векторы Pmi различных атомов (молекул) парамагнетика, совершающих тепловое движение, ориентированы в пространстве совершенно беспорядочно, так что намагниченность парамагнетика J = O.
6°. При внесении парамагнитного вещества в магнитное поле магнитные моменты атомов (молекул) прецессируют вокруг направления магнитной индукции В с ларморовской угловой скоростью Col (111.12.2.2°). Тепловое движение атомов (молекул) парамагнетика вызывает их частые столкновения друг с другом. Совместное действие межатомных столкновений и магнитного поля приводит к преимущественной ориентации собственных магнитных моментов атомов Pmj по направлению внешнего поля, так что парамагнетик намагничивается.
7°. Модуль вектора намагниченности (п. 1°) в классической теории изотропных парамагнетиков выражается формулой
J = п0РтЦа),
где /г0 — концентрация молекул, Да) — классическая функция Ланжевена от аргумента a = PmBfkT, равная
А , ® 1 Л
T, ч е + е I , 1
L( а) =---------= ctg а .
а а п а
Є Є и
Здесь Pm — собственный магнитный момент молекулы, В — магнитная индукция поля, k — постоянная Больцмана (11.1.4.5°), T — термодинамическая температура.
Если а 1, т. е. при не слишком сильных магнитных полях и не слишком низких температурах, функция Ланжевена L(a) « а/3. В таких случаях намагниченность парамагнетика пропорциональна магнитной индукции поля В:
J = (в СИ),
Ho
J = >с'В (в СГС).
324
ГЛ. III. 12. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
Здесь у! определяется по формуле
*' - tWi (в СИ)'
«-п-ш (вСГС>-
Значения у! для парамагнетиков положительны и находятся в пределах от IO-6 до IO-3. Поэтому магнитная восприимчивость у парамагнетика, связанная с у' формулой п. 4°, практически равна у! .
Закон Кюри: магнитная восприимчивость парамагнетика обратно пропорциональна термодинамической температуре, т. е. у = С/Т, где С — постоянная.
В очень сильных магнитных полях, т. е. при а I, L(a) ~ 1 и J = п0Рт, магнитные моменты всех атомов (молекул) парамагнетика ориентированы по направлению вектора В магнитной индукции поля. Такое состояние парамагнетика называется состоянием насыщения намагниченности.
8°. Парамагнетизм металлов обусловлен магнитными моментами электронов проводимости (111.5.1.1°) и магнитными моментами ионов кристаллической решетки. В частности, у щелочных и щелочно-земельных металлов магнитные моменты ионов равны нулю и парамагнетизм обусловлен только электронами проводимости. Эти электроны образуют сильно вырожденный газ (VII.2.3.10), состояние которого мало меняется при изменении температуры (VII.2.4.4°). Поэтому щелочные и щелочно-земельные металлы не подчиняются закону Кюри (п. 7°) — их магнитная восприимчивость практически не зависит от температуры.
§ III.12.4. Магнитное поле в веществе
1°. В связи с рассмотрением магнитного поля в веществе различают два типа токов — макротоки и микротоки. Макро; токами называются токи проводимости (111.7.1.2°) и конвек* ционные токи (111.7.1.2°). Микротоками (молекулярными то-
§ III. 12.4. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
325
ками) называются токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах.
Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками, и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками. Вектор В магнитной индукции (111.10.1.2°) характеризует результирующее магнитное поле в веществе. Он равен геометрической сумме магнитных индукций внешнего (B0) и внутреннего (Ввнутр) магнитных полей:
В = B0 + ввнутр.
Первичным источником магнитного поля в среде служат макротоки, магнитное поле которых вызывает намагничивание вещества, помещенного в это поле.
2°. Закон полного тока для магнитного поля в вакууме (111.10.6.2°) легко обобщить на случай магнитного поля в веществе, рассматривая наряду с макротоками, фигурирующими в выражении (111.10.6.2°), также и микротоки,
I В dl = |10(/макро + /микро) (в СИ),
(L)
і Bdl- ^(Jmuipo + /мивро) (в СГС),
(L)
где /макро и /микро — алгебраические суммы сил макро- и микротоков сквозь поверхность, натянутую на замкнутый контур L.
3°. Алгебраическая сумма сил микротоков (п. 2°) связана с циркуляцией вектора намагниченности (111.12.3.1°) соотношением
