Магнітні властивості речовини. Магнітна проникність
Численні досліди свідчать про те, що всі речовини, вміщені в магнітне поле, намагнічуються і створюють власне магнітне поле, дія якого складається з дією зовнішнього магнітного поля.
Магнітна проникність – це фізична скалярна величина, що показує, у скільки разів індукція магнітного поля в даній речовині відрізняється від індукції магнітного поля у вакуумі.
Речовини, що ослабляють зовнішнє магнітне поле, називають діамагнетиками (вісмут, азот, гелій, вуглекислота, вода, срібло, золото, цинк, кадмій та ін.).
Речовини, що підсилюють зовнішнє магнітне поле, – парамагнетики (алюміній, кисень, платина, мідь, кальцій, хром, марганець, солі кобальту та ін.).
Для діамагнетіков <1, для парамагнетиків> 1. Але в тому і іншому випадку відміну від 1 невелика (кілька десятитисячних або стотисячний часткою одиниці). Так, наприклад, у вісмуту = 0,9998 = 1,000.
Деякі речовини (залізо, кобальт, нікель, гадоліній і різні сплави) викликають дуже велике посилення зовнішнього поля. Їх називають феромагнетиками. Для них = 103-105.
Вперше пояснення причин, внаслідок яких тіла намагнічені, дав Ампер. Згідно з його гіпотезою, всередині молекул і атомів циркулюють елементарні електричні струми, які і визначають магнітні властивості будь-якої речовини.
В даний час встановлено, що всі атоми і елементарні частинки дійсно намагнічені. Магнітні властивості атомів в основному визначаються входять до їх складу електронами.
Згідно Напівкласична моделі атома, запропонованої Е. Резерфордом і Н. Бором, електрони в атомах рухаються навколо ядра по замкнутих орбітах (у першому наближенні можна вважати, що по кругових). Рух електрона можна представити як елементарний круговий струм, де е – заряд електрона, v – частота обертання електрона по орбіті. Цей струм утворює магнітне поле, яке характеризується магнітним моментом, модуль його визначається формулою, де S – площа орбіти.
Магнітний момент електрона, обумовлений рухом навколо ядра, називають орбітальним магнітним моментом. Орбітальний магнітний момент – це векторна величина, і напрямок визначається за правилом правого гвинта. Якщо електрон рухається по ходу годинникової стрілки (рис. 1), то струми спрямовані проти ходу годинникової стрілки (у напрямку руху позитивного заряду), і вектор перпендикулярний площині орбіти.
Так як в атомі площини орбіт різних електронів не збігаються, то їх магнітні моменти спрямовані під різними кутами один до одного. Результуючий орбітальний магнітний момент багатоелектронного атома дорівнює векторній сумі орбітальних магнітних моментів окремих електронів.
Нескомпенсований орбітальним магнітним моментом володіють атоми з частково заповненими електронними оболонками. В атомах із заповненими електронними оболонками він дорівнює 0.
Крім орбітального магнітного моменту, електрон володіє ще власним (спінові) магнітним моментом, що вперше встановили О. Штерн і В. Герлах в 1922 р Існування магнітного поля у електрона було пояснено його обертанням навколо власної осі, хоча й не слід буквально уподібнювати електрон обертається зарядженого кульці (вовчка).
Достовірно встановлено, що магнітне поле електрона є таким же невід’ємним властивістю, як його маса і заряд. Електрон, у вельми грубому наближенні, можна представити як дуже маленьку кульку, оточений електричним і магнітним полями (рис. 2). Магнітні поля у всіх електронів однакові, як однакові їх маси і заряди. Спіновий магнітний момент – вектор, спрямований уздовж осі обертання. Він може орієнтуватися тільки двома способами: або за…, або проти… Якщо в тому місці, де знаходиться електрон, є зовнішнє магнітне поле, то або по полю, або проти поля. Як показано в квантовій фізиці, в однаковому енергетичному стані можуть знаходитися тільки два електрони, спінові магнітні моменти яких протилежні (принцип Паулі).
(2 votes, average: 4.50 out of 5)