Намагніченість. Атоми в магнітному полі

Рис. 57

Щоб з’ясувати причини відмінностей магнітних властивостей середовищ та їх впливу на величину магнітної індукції магнітного поля, треба вивчити процеси, що відбуваються в речовині під впливом зовнішнього магнітного поля на атоми і молекули речовини. В будь-якій речовині, вміщеній у зовнішнє магнітне поле, виникає особливий стан намагніченості і створюється внутрішнє магнітне поле.

Розглянемо причини цього явища з погляду будови атомів і молекул, поклавши в основу гіпотезу Ампера, згідно з якою в будь-якому тілі існують мікроскопічні струми, зумовлені рухом електронів в атомах і молекулах.

Електрони в атомах рухаються по деяких замкнених орбітах. Електрон, що рухається по одній з таких орбіт (рис.14), еквівалентний коловому струму, тому він має орбітальний магнітний момент , модуль якого , де S - площа орбіти електрона.

Вектор напрямлений в той самий бік, що й індукція магнітного поля в центрі колового струму І. Кількість обертів електронів в секунду . Тоді сила струму

і .

З іншого боку, кожний електрон, що рівномірно рухається по орбіті, маєорбітальний механічний момент імпульсу, який числово дорівнює . Тоді

Вектори , і , напрямлені у взаємно протилежні сторони. Тому

, ,

де – гідромагнітне відношення орбітальних моментів.

Знайдене експериментальне значення гіромагнітного відношення відрізняється від орбітального гіромагнітного відношення:

і .

Щоб пояснити результат експерименту, припустили, що електрон, крім орбітальних моментів і , маєвласний механічний момент імпульсу , що називаєтьсяспіном електрона. Спін є невід’ємною властивістю електрона, подібно до того, як йому властиві заряд е і маса m. Спін електрона виявляється в багатьох експериментальних фактах. Спіну електрона відповідає власний (спіновий) магнітний момент , який дорівнює:

де – гіромагнітне відношення спінових моментів.

Магнітний момент електрона складається з його орбітального і спінового магнітних моментів. Відповідно магнітний момент атома дорівнює сумі магнітних моментів електронів, що входять до складу атома, і магнітного моменту ядра, який значно менший від моментів електрона. Тому магнітним моментом ядра нехтують.

Отже, ,

де Z - атомний номер хімічного елемента.

За відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти орієнтовані хаотично, внаслідок чого сумарний магнітний момент речовини дорівнює нулю і результуюча індукція магнітного поля, яке створене мікроскопічними струмами, дорівнює нулю. Під дією зовнішнього магнітного поля магнітні моменти орієнтуються в певному напрямку і виникає внутрішнє магнітне поле, сумарний магнітний момент відмінний від нуля і речовина намагнічується.

Для кількісного опису намагнічування магнетиків введемо векторну величину - намагніченість , яка числовo дорівнює магнітному моменту одиниці об’єму магнетика:

де N — кількість атомів (молекул), що знаходяться в об’ємі V, - магнітний момент і-го атома (молекули). Об’єм V повинен бути настільки малим, щоб в його межах магнітне поле можна вважати однорідним.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Діа- і парамагнетики

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.