Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
IV.9.2. КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНЕТИКОВ
491
2°. Для характеристики намагниченного состояния магнетика вводится вектор намагниченности I, равный магнитному моменту единицы объема магнетика:
где Pmi — магнитный момент і-го атома (молекулы), находящегося в физически малом объеме AFсреды, a An = = n0AV — общее их число в объеме AVr, п0 — концентрация частиц.
В не слишком сильных магнитных полях намагниченность диа- и парамагнетиков пропорциональна напряженности H магнитного поля:
где к — магнитная восприимчивость среды (магнетика).
3°. Диамагнетиками называют вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора H напряженности магнитного поля. Магнитная восприимчивость диамагнетика к < 0, причем | к | 1.
Диамагнетики подразделяют на «классические», «аномальные» и сверхпроводники. К первой подгруппе относятся инертные газы, некоторые металлы (цинк, золото, ртуть и др.), элементы типа кремния и фосфора, многие органические соединения. Для этих веществ к < О и имеет малое значение, порядка (0,1 —10) ¦ IO-6, и не зависит от температуры. Ко второй подгруппе относятся висмут, галлий, сурьма, графит, и др. Для этих веществ к < 0, зависит от температуры и имеет значения порядка (1—100) ¦ 10“6.
4°. Парамагнетиками называют вещества, которые намагничиваются во внешем магнитном поле в направлении вектора H напряженности поля. Магнитная восприимчивость парамагнетика положительна, но очень мала: 0 < к 1.
Парамагнетики подразделяют на нормальные парамагнетики, парамагнитные металлы с магнитной восприимчивостью, не зависящей от температуры, и антиферромагнетики.
Нормальными парамагнетиками являются газы O2, NO и др., платина, палладий, соли железа, кобальта и
An
і = 1
I = К|д.0Н,
492
IV.9. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА
никеля и сами эти металлы при T > Gft, где Gft — точка Кюри и др. Магнитная восприимчивость к > 0 и зависит от температуры по закону Кюри:
-P
или по закону Кюри—Вейсса:
С'
Г + Д ’
где С и С' — постоянные Кюри. Константа Д может быть положительна, отрицательна или равна нулю.
Типичные парамагнитные металлы, у которых к не зависит от температуры, — щелочные металлы: литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Они весьма слабо магнитны: к ~ IO-7—IO-6.
Антиферромагнетики (кристаллы элементов переходных групп Периодической системы Менделеева, их сплавы и химические соединения) при температурах выше антиферромагнитной точки Кюри Gaft являются нормальными парамагнетиками с Д < 0.
5°. Ферромагнетики — группа некоторых переходных металлов (железо, никель, кобальт) и ряд сплавов, обладающих особыми магнитными свойствами.
3. ДИАМАГНЕТИЗМ
1°. Явлением диамагнетизма называют индуцирование дополнительного магнитного момента в атомных электронных оболочках, а также свободными носителями заряда в металлах и полупроводниках под действием внешнего магнитного поля. Диамагнетизм присущ всем веществам, но наблюдается в тех случаях, когда атомы, ионы или молекулы не имеют результирующего магнитного момента Pjn (.S- или Х-состояния).
2°. Магнитная восприимчивость диамагнетика равна „
K = -^z-2;
6/71
где Ti0 — концентрация частиц вещества.
При учете квантовых свойств электронной оболочки атомов формула справедлива для невырожденных S- и S-состояний и сферически симметричного электрического поля ядра атома или иона.
IV.9.4. ПАРАМАГНЕТИЗМ
493
3°. Диамагнетизмом Ландау называют диамагнетизм вырожденного газа электронов проводимости в металлах и полупроводниках. Во внешнем магнитном поле траектории электронов искривляются, так что в проекции на плоскость, перпендикулярную вектору H напряженности магнитного поля, электроны движутся по замкнутым орбитам. Соответствующие орбитальные магнитные моменты электронов направлены в сторону, противоположную вектору Н. Диамагнитная восприимчивость Ландау для электронного газа в металлах равна
где Wf — энергия Ферми, Ti0 — концентрация электронов проводимости, т — масса электрона, |1Г) — магнетон Бора, h — постоянная Планка.
1°. Парамагнетизмом называют совокупность магнитных свойств некоторых веществ, атомы (молекулы, ионы) которых обладают постоянным магнитным моментом Pm, не зависящим от внешнего магнитного поля;
Pm имеет значение порядка IO-23 Дж/Тл. В отсутствие внешнего поля дезориентирующее действие теплового движения не допускает упорядоченной ориентации векторов Pm и появления намагниченности у вещества.
2°. При внесении парамагнетика во внешнее однородное магнитное поле возникает явление прецессии электронных орбит и векторов магнитных моментов атомов вокруг направления внешнего поля. Совместное действие поля и теплового движения атомов приводит к преимуществейной ориентации магнитных моментов атомов по направлению внешнего магнитного поля.
3°. Классическое выражение намагниченности I (без учета пространственного квантования) в предположении, что между атомами (молекулами) отсутствует взаимодействие:
4. ПАРАМАГНЕТИЗМ
1 = nVp TrMa)'
