7.1. Микротоки. Диамагнитный эффект

Природа появления микротоков связана с незатухающими кольцевыми токами, циркулирующими в частицах вещества. Ампер назвал такие токи микротоками, т.к. эти токи принимают участие в создании магнитного момента вещества (или его части), но не дают вклад в макротоки (токи проводимости, т.е. направленные движения микрочастиц вещества под действием внешних электрических полей).

Рассмотрим модель одноэлектронного атома (рис. 7.1). Такой атом может быть представлен в виде массивной положительно заряженной частицы (ядра), находящейся в центре круговой орбиты электрона, вращающегося вокруг него.

Отрицательно заряженный электрон, вращающийся по орбите, создает орбитальный ток. Направление орбитального тока противоположно направлению вращения электрона. Если скорость вращения электрона по орбите равна

, то силу орбитального токаможно найти, разделив величину заряда, проходящего по орбите на время его прохождения:

. (7.1)

Орбитальный ток электрона подобен току, существующему в проводящем витке, а поэтому вращение электрона по орбите создает орбитальный магнитный момент атома, который можно найти, согласно (5.16) так:

. (7.2)

Направление магнитного момента определяется по правилу буравчика и указано на рис. 7.1.

Поместим атом в однородное магнитное поле с индукцией

, линии индукции которого перпендикулярны плоскости электронной орбиты (рис.7.2). Это означает, что модуль магнитной индукции возрастает от нуля до, а, следовательно, изменяется магнитный поток через площадь электронной орбиты. Таким образом, согласно закону электромагнитной индукции, внесение атома в поле вызовет появление вихревого электрического поля, силовые линии которого будут замкнуты сами на себя вдоль электронной орбиты. Направление силовых линий определяется по правилу Ленца: вихревое поле должно вызвать ток, препятствующий нарастанию магнитного потока через площадь орбиты.

Напряженность возникающего вихревого электрического поля можно найти из закона электромагнитной индукции (6.7):

,

,

. (7.3)

Со стороны вихревого поля на электрон будет действовать сила . Запишем второй закон Ньютона в виде

,

подставим в него (7.3):

.

Полученное выражение проинтегрируем, учтя изменение скорости электрона от до

, а магнитной индукции от 0 до:

,

.

Таким образом, скорость электрона изменяется (падает, т.к. вихревое поле вызывает ток, противоположный орбитальному), а, следовательно, изменяется и угловая скорость вращения электрона:

. (7.4)

В соответствии с (7.1), изменению скорости движения электрона будет соответствовать изменение силы орбитального тока:

.

Соответственно, изменится и орбитальный магнитный момент:

. (7.5)

На рис. 7.2 показано, что новый орбитальный магнитный момент атома имеет меньший модуль, чем раньше. Важно, что внесение атома в магнитное поле приводит к тому, что создается магнитный моменттакой, что. Этот результат не зависит от направления движения электрона по орбите.

Аналогичный результат можно получить и другим способом. При отсутствии магнитного поля движение электрона по орбите обеспечивается действием на него кулоновского притяжения к ядру:

. (7.6)

При помещении атома в магнитное поле на электрон действует силасо стороны поля. На рис. 7.3 показано, что это воздействие тормозит его движение по орбите. Действительно, второй закон Ньютона для электрона в этом случае запишется так:

.

Решение уравнения дает значение скорости электрона, меньшее, чем из закона (7.6). Магнитный момент атома становится меньше: . Индуцированный магнитный момент

направлен против индукции поля:.

Если рассмотреть движение электрона в другую сторону, то воздействие магнитного поля увеличивает скорость электрона (рис. 7.4). Действительно, второй закон Ньютона теперь принимает такой вид:

,

а поэтому скорость электрона возрастает. Соответственно, увеличивается и орбитальный магнитный момент: . Однако и в этом случае индуцированный магнитный моментнаправлен против индукции поля:.

Наконец, необходимо рассмотреть самый общий случай поведения электронной орбиты в магнитном поле (рис. 7.5). Если линии магнитной индукции не перпендикулярны плоскости орбиты, то на электронную орбиту (виток с током) действует вращающий момент

(5.34). Под действием магнитного поля, в соответствии с основным уравнением динамики вращения(– момент импульса электрона), орбита электрона начинает вести себя так, что векторописывает конус вокруг вектора индукции. Другими словами, возникаетпрецессия орбиты электрона. Ось орбиты совершает конусообразное движение вокруг линий индукции, а плоскость орбиты электрона периодически изменяет свое положение в пространстве. Частота прецессии, как доказал американский физик Дж. Лармор в 1895 г., составляет (см. 7.4). Формально прецессию можно описать так, что электрон приобретает добавочное движение вокруг векторапо окружности радиуса, т.е. возникает индукционный орбитальный ток. Этот ток вносит добавку в магнитный момент атома:

.

Мы получили результат, аналогичный (7.5). Обобщим сделанные выводы.

При внесении любого вещества в магнитное поле каждая электронная орбита, независимо от направления движения электрона, приобретает индуцированный магнитный момент, направленный против индукции внешнего поля. Этот процесс в физике магнитных явлений называетсядиамагнитным эффектом. Таким образом, диамагнетизм – свойство, присущее всем веществам, обусловленное действием магнитного поля на электроны в атомах. Единственный результат влияния магнитного поля на орбиту электрона в атоме заключается в прецессии орбиты и магнитного момента атома вокруг оси, проходящей через атом параллельно линиям индукции магнитного поля (теорема Лармора). Другими словами, при внесении атома в магнитное поле, изменяющееся внешнее магнитное поле вызывает явление электромагнитной индукции. Это выражается в том, что вся электронная оболочка приходит во вращательное движение в направлении, при котором индуцируется магнитное поле, препятствующее изменению внешнего магнитного поля.

А если рассмотреть электрон, не вращающийся вокруг ядра в атоме, т.е. свободный? На рис. 7.6. показано, что воздействие на свободно движущийся электрон со стороны магнитного поля (сила ) приводит к его вращению вокруг линий магнитной индукции, что эквивалентно созданию кольцевого тока, магнитная индукция поля которогонаправлена противоположно внешней. Таким образом, наличие свободных электронов в веществе обязательно уменьшает внешнее поле.

Дальнейшее поведение атома в магнитном поле зависит от ориентации . Если, то атом выталкивается из области более сильного поля (см. п. 5.4), а вещество относится кдиамагнетикам. Если , то атом втягивается в область более сильного поля, а вещество относится кпарамагнетикам или ферромагнетикам.

Диамагнитный эффект — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Диамагнитный эффект

Cтраница 1

Диамагнитный эффект возникает во всех веществах, но если молекулы вещества имеют собственные магнитные моменты, которые ориентируются по направлению внешнего магнитного поля и усиливают его, то диамагнитный эффект перекрывается более сильным парамагнитным эффектом и вещество оказывается парамагнетиком.  [1]

Диамагнитный эффект возникает во всех веществах, но если молекулы вещества имеют собственные магнитные моменты, которые ориентируются по направлению внешнего магнитного поля и усиливают erOj то диамагнитный эффект перекрывается более сильным парамагнитным эффектом и вещество оказывается парамагнетиком.  [2]

Диамагнитный эффект присущ всем без исключения веществам, в том числе и парамагнетикам, но в парамагнетиках его превышает эффект, обусловленный ориентацией магнитных моментов отдельных молекул. Молекулы парамагнетика, имеющие орбитальный и спиновый магнитные моменты, попадая во внешнее магнитное толе, ориентируются в ем таким образом, что собственное поле парамагнетика усиливает внешнее намагничивающее поле. Поэтому магнитная восприимчивость диамагнетика отрицательна, а парамагнетика — положительна. Если диамагнитный эффект е зависит от температуры, то парамагнитный зависит, так как тепловое движение атомов или молекул разрушает ориентацию их магнитных моментов во внешнем магнитном поле.  [3]

Диамагнитный эффект универсален и должен проявляться у каждого атома, однако его может перекрывать парамагнитный эффект.  [4]

Диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на орбитальное движение электронов, следовательно, он свойственен всем атомам и молекулам. Парамагнитный же эффект проявляется лишь в веществах, у которых магнитный момент атома или молекулы отличен от нуля.  [5]

Диамагнитный эффект обычно в десятки и сотни раз меньше парамагнитного эффекта, который обусловлен наличием неспаренных электронов. По этой причине для парамагнитных систем диамагнитный эффект учитывается главным образом в качестве поправок при точной работе.  [6]

Диамагнитный эффект существует и у парамагнетиков, ио там он малозаметен, так как изменяет уже существующий магнитный момент молекулы. У диамагнитных молекул он является причиной появления магнитного момента, поэтому сказывается сильнее.  [7]

Диамагнитный эффект существует и у парамагнетиков, но там он малозаметен, так как изменяет уже существующий магнитный момент молекулы. У диамагнитных молекул он является причиной появления магнитного момента, поэтому сказывается сильнее.  [8]

Диамагнитный эффект, в принципе, возникает в любом веществе; он связан с возникновением молекулярных токов, индуцируемых внешним полем, магнитные моменты. Парамагнетизм имеет место в тех случаях, когда частицы вещества обладают собственными магнитными моментами, которые ориентируются вдоль внешнего поля.  [9]

Диамагнитный эффект проявляется в ослаблении внешнего поля вследствие явления электромагнитной индукции и свойственен любому веществу, частицы которого могут иметь или не иметь собственный магнитный момент. Однако, если частицы имеют собственный магнитный момент, то в результате их ориентации во внешнем магнитном поле проявляются парамагнитные свойства. Причем влияние собственного магнитного момента в большинстве случаев подавляет диамагнетизм, так что подобное вещество является парамагнитным.  [10]

Сильный диамагнитный эффект наблюдается при сверхпроводимости. Когда сверхпроводник попадает в магнитное поле, в нем, как и в обычном проводнике, наводятся индукционные токи, но, в отличие от молекулярных индукционных токов, их образуют свободные электроны. В сверхпроводнике эти индукционные токи не встречают сопротивления и циркулируют, пока существует внешнее магнитное поле, противодействуя его проникновению внутрь сверхпроводника. Сверхпроводники, как и все диамагнетики, выталкиваются из магнитного поля.  [11]

Сильный диамагнитный эффект наблюдается при сверхпроводи мости. Когда сверхпроводник попадает в магнитное поле, в нем как и в обычном проводнике, наводятся индукционные токи, но в отличие от молекулярных индукционных токов, их образуют свободные электроны. В сверхпроводнике эти индукционные токи не встречают сопротивления и циркулируют, пока существует внешнее магнитное поле, противодействуя его проникновению внутрь сверхпроводника: Сверхпроводники, как и все диамагнетики, выталкиваются из магнитного поля.  [12]

Обычно диамагнитный эффект Ландау проявляется в виде дополнитель — Фиг.  [13]

Этот диамагнитный эффект имеет место и в парамагнитных телах, но, как мы покажем в следующем параграфе, полностью маскируется в них противоположным по знаку и значительно более сильным парамагнитным эффектом.  [14]

Этот диамагнитный эффект имеет место и в парамагнитных телах, но, i как мы покажем в следующем параграфе, полностью маскируется в них противоположным по знаку и значительно более сильным парамагнитным эффектом.  [15]

Страницы:      1    2    3

7.1. Микротоки. Диамагнитный эффект

Природа появления микротоков связана с незатухающими кольцевыми токами, циркулирующими в частицах вещества. Ампер назвал такие токи микротоками, т.к. эти токи принимают участие в создании магнитного момента вещества (или его части), но не дают вклад в макротоки (токи проводимости, т.е. направленные движения микрочастиц вещества под действием внешних электрических полей).

Рассмотрим модель одноэлектронного атома (рис. 7.1). Такой атом может быть представлен в виде массивной положительно заряженной частицы (ядра), находящейся в центре круговой орбиты электрона, вращающегося вокруг него.

Отрицательно заряженный электрон, вращающийся по орбите, создает орбитальный ток. Направление орбитального тока противоположно направлению вращения электрона. Если скорость вращения электрона по орбите равна , то силу орбитального тока можно найти, разделив величину заряда, проходящего по орбите на время его прохождения:

. (7.1)

Орбитальный ток электрона подобен току, существующему в проводящем витке, а поэтому вращение электрона по орбите создает орбитальный магнитный момент атома, который можно найти, согласно (5.16) так:

. (7.2)

Направление магнитного момента определяется по правилу буравчика и указано на рис. 7.1.

Поместим атом в однородное магнитное поле с индукцией , линии индукции которого перпендикулярны плоскости электронной орбиты (рис.7.2). Это означает, что модуль магнитной индукции возрастает от нуля до , а, следовательно, изменяется магнитный поток через площадь электронной орбиты. Таким образом, согласно закону электромагнитной индукции, внесение атома в поле вызовет появление вихревого электрического поля, силовые линии которого будут замкнуты сами на себя вдоль электронной орбиты. Направление силовых линий определяется по правилу Ленца: вихревое поле должно вызвать ток, препятствующий нарастанию магнитного потока через площадь орбиты.

Напряженность возникающего вихревого электрического поля можно найти из закона электромагнитной индукции (6.7):

,

,

. (7.3)

Со стороны вихревого поля на электрон будет действовать сила . Запишем второй закон Ньютона в виде

,

подставим в него (7.3):

.

Полученное выражение проинтегрируем, учтя изменение скорости электрона от до , а магнитной индукции от 0 до :

,

.

Таким образом, скорость электрона изменяется (падает, т.к. вихревое поле вызывает ток, противоположный орбитальному), а, следовательно, изменяется и угловая скорость вращения электрона:

. (7.4)

В соответствии с (7.1), изменению скорости движения электрона будет соответствовать изменение силы орбитального тока:

.

Соответственно, изменится и орбитальный магнитный момент:

. (7.5)

На рис. 7.2 показано, что новый орбитальный магнитный момент атома имеет меньший модуль, чем раньше. Важно, что внесение атома в магнитное поле приводит к тому, что создается магнитный момент такой, что . Этот результат не зависит от направления движения электрона по орбите.

Аналогичный результат можно получить и другим способом. При отсутствии магнитного поля движение электрона по орбите обеспечивается действием на него кулоновского притяжения к ядру:

. (7.6)

При помещении атома в магнитное поле на электрон действует сила со стороны поля. На рис. 7.3 показано, что это воздействие тормозит его движение по орбите. Действительно, второй закон Ньютона для электрона в этом случае запишется так:

.

Решение уравнения дает значение скорости электрона, меньшее, чем из закона (7.6). Магнитный момент атома становится меньше: . Индуцированный магнитный момент направлен против индукции поля: .

Если рассмотреть движение электрона в другую сторону, то воздействие магнитного поля увеличивает скорость электрона (рис. 7.4). Действительно, второй закон Ньютона теперь принимает такой вид:

,

а поэтому скорость электрона возрастает. Соответственно, увеличивается и орбитальный магнитный момент: . Однако и в этом случае индуцированный магнитный момент направлен против индукции поля: .

Наконец, необходимо рассмотреть самый общий случай поведения электронной орбиты в магнитном поле (рис. 7.5). Если линии магнитной индукции не перпендикулярны плоскости орбиты, то на электронную орбиту (виток с током) действует вращающий момент (5.34). Под действием магнитного поля, в соответствии с основным уравнением динамики вращения ( – момент импульса электрона), орбита электрона начинает вести себя так, что вектор описывает конус вокруг вектора индукции. Другими словами, возникает прецессия орбиты электрона. Ось орбиты совершает конусообразное движение вокруг линий индукции, а плоскость орбиты электрона периодически изменяет свое положение в пространстве. Частота прецессии, как доказал американский физик Дж. Лармор в 1895 г., составляет (см. 7.4). Формально прецессию можно описать так, что электрон приобретает добавочное движение вокруг вектора по окружности радиуса , т.е. возникает индукционный орбитальный ток. Этот ток вносит добавку в магнитный момент атома:

.

Мы получили результат, аналогичный (7.5). Обобщим сделанные выводы.

При внесении любого вещества в магнитное поле каждая электронная орбита, независимо от направления движения электрона, приобретает индуцированный магнитный момент , направленный против индукции внешнего поля. Этот процесс в физике магнитных явлений называется диамагнитным эффектом. Таким образом, диамагнетизм – свойство, присущее всем веществам, обусловленное действием магнитного поля на электроны в атомах. Единственный результат влияния магнитного поля на орбиту электрона в атоме заключается в прецессии орбиты и магнитного момента атома вокруг оси, проходящей через атом параллельно линиям индукции магнитного поля (теорема Лармора). Другими словами, при внесении атома в магнитное поле, изменяющееся внешнее магнитное поле вызывает явление электромагнитной индукции. Это выражается в том, что вся электронная оболочка приходит во вращательное движение в направлении, при котором индуцируется магнитное поле, препятствующее изменению внешнего магнитного поля.

А если рассмотреть электрон, не вращающийся вокруг ядра в атоме, т.е. свободный? На рис. 7.6. показано, что воздействие на свободно движущийся электрон со стороны магнитного поля (сила ) приводит к его вращению вокруг линий магнитной индукции, что эквивалентно созданию кольцевого тока , магнитная индукция поля которого направлена противоположно внешней. Таким образом, наличие свободных электронов в веществе обязательно уменьшает внешнее поле.

Дальнейшее поведение атома в магнитном поле зависит от ориентации . Если , то атом выталкивается из области более сильного поля (см. п. 5.4), а вещество относится к диамагнетикам. Если , то атом втягивается в область более сильного поля, а вещество относится к парамагнетикам или ферромагнетикам.

56. Диа- и парамагнетики. Их намагниченность.

Всякое вещество является магнетиком, т. е. оно способно под действием магнитно­го поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). Для понимания меха­низма этого явления необходимо рассмот­реть действие магнитного поля на движу­щиеся в атоме электроны.

Ради простоты предположим, что элек­трон в атоме движется по круговой орби­те. Если орбита электрона ориентирована относительно вектора В произвольным об­разом, составляя с ним угол а (рис. 188), то можно доказать, что она приходит в та­кое движение вокруг В, при котором век­тор магнитного момента р_m, сохраняя по­стоянным угол а, вращается вокруг направления В с некоторой угловой скоро­стью. Такое движение в механике на­зываетсяпрецессией. Прецессию вокруг вертикальной оси, проходящей через точку опоры, совершает, например, диск волчка при замедлении движения.

Таким образом, электронные орбиты атома под действием внешнего магнитного поля совершают прецессионное движе­ние, которое эквивалентно круговому то­ку. Так как этот микроток индуцирован внешним магнитным полем, то, согласно правилу Ленца, у атома появляется со­ставляющая магнитного поля, направлен­ная противоположно внешнему полю. На­веденные составляющие магнитных полей атомов (молекул) складываются и обра­зуют собственное магнитное поле вещест­ва, ослабляющее внешнее магнитное по­ле. Этот эффект получил название диа­магнитного эффекта, а вещества, на­магничивающиеся во внешнем магнитном поле против направления поля, называют­ся диамагнетиками.

В отсутствие внешнего магнитного по­ля диамагнетик немагнитен, поскольку в данном случае магнитные моменты элек­тронов взаимно компенсируются, и сум­марный магнитный момент атома (он ра­вен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спиновых) составляющих атом электронов) равен нулю. К диамагнетикам относятся многие металлы (на­пример, Bi, Ag, Au, Cu), большинство органических соединений, смолы, углерод и т. д.

Так как диамагнитный эффект обус­ловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойствен всем веществам. Однако наряду с диамагнитными ве­ществами существуют и парамагнитные — вещества, намагничивающиеся во внеш­нем магнитном поле по направлению поля.

У парамагнитных веществ при отсутст­вии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы (молекулы) парамагнети­ков всегда обладают магнитным момен­том. Однако вследствие теплового движе­ния молекул их магнитные моменты ори­ентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свой­ствами не обладают. При внесении пара­магнетика во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ори­ентация магнитных моментов атомов по полю (полной ориентации препятствует тепловое движение атомов). Таким обра­зом, парамагнетик намагничивается, со­здавая собственное магнитное поле, со­впадающее по направлению с внешним полем и усиливающее его. Этот эффект называется парамагнитным. При ослабле­нии внешнего магнитного поля до нуля ориентация магнитных моментов вследст­вие теплового движения нарушается и па­рамагнетик размагничивается. К парамаг­нетикам относятся редкоземельные эле­менты, Pt, Al и т. д. Диамагнитный эффект наблюдается и в парамагнетиках, но он значительно слабее парамагнитного и по­этому остается незаметным.

Атомы всех веществ являют­ся носителями диамагнитных свойств. Ес­ли магнитный момент атомов велик, то парамагнитные свойства преобладают над диамагнитными и вещество является па­рамагнетиком; если магнитный момент атомов мал, то преобладают диамагнит­ные свойства и вещество является диамагнетиком.

Для количественного описания намагничения магнетиков вводят векторную величину — намагниченность, определяемую магнит­ным моментом единицы объема магнетика:

J=p_m/V=p_a/V, где p_m=р_а— магнитный момент магнетика, представляющий собой векторную сумму магнитных моментов отдельных мо­лекул.

Диамагнетики. Механизмы намагничивания. Природа диамагнетизма, ларморова прецессия.

Для количественного описания намагничения магнетиков вводят векторную величину – намагниченность, определяемую магнитным моментом единицы объема магнетика:

,

где — магнитный момент магнетика, представляющий собой векторную сумму магнитных моментов отдельных молекул.

Рассмотрим орбитальное движение электрона не только как элементарный ток, но и как вращение частицы вокруг некоторой оси. Исходя из первого представления, вводится орбитальный магнитный момент , модуль которого равен, где— сила тока,— частота вращения электрона,S – площадь его орбиты.

С другой стороны, движущийся по орбите электрон имеет орбитальный механический момент ,который, в соответствии, с оговоренными правилами противоположен магнитному моменту по направлению (рис.175).

Отношение величин этих орбитальных моментов называется магнитомеханическим или гиромагнитным отношением: (Кл/кг)

Гиромагнитное отношение не зависит от скорости электрона и радиуса его орбиты, т.е. справедливо для любых орбит, в том числе, и для эллиптических.

РИС.175 РИС.176

Связь магнитного и механического моментов позволяет проверить гипотезу молекулярных токов экспериментально.

Действительно, при помещении магнетика в магнитное поле, магнитные моменты атомов должны ориентироваться вдоль линий магнитной индукции, а механические моменты атомов, соответственно, будут ориентированы в противоположном направлении. Следовательно, в магнитном поле тело приобретает механический момент, и наоборот, — если привести тело во вращение, то оно должно намагничиваться.

ДИАМАГНЕТИЗМ. ЛАРМОРОВА ПРЕЦЕССИЯ

К диамагнетикам относятся многие металлы: Vi, Au, Cu; большинство органических соединений. Атомы и молекулы диамагнетиков в отсутствии магнитного поля не имеют магнитного момента, хотя, в рамках классической физики, в них вращаются по круговым орбитам электроны. Если диамагнетик находится во внешнем магнитном поле, то его магнитная проницаемость меньше единицы, т.е. магнитная индукция поля в диамагнетике меньше, чем магнитная индукция внешнего поля. Как это можно объяснить?

Включим внешнее магнитное поле в пространстве, в котором расположен диамагнетик. Пусть линии индукции перпендикулярны плоскости орбиты какого- либо электрона (рис.178). Так как при этом: , то.

Следовательно, возникает вихревое электрическое поле, вызывающее дополнительное вращение электрона – индукционный ток, который, в соответствии с правилом Ленца, имеет такое направление, чтобы индукционное магнитное поле противодействовало изменению внешнего поля. Что представляет собой это дополнительное вращение?

Взаимодействие электрона с ядром значительно превышает воздействие внешнего поля и, поэтому радиус электронной орбиты в магнитном поле измениться не может.

Как уже обсуждалось, с позиций классической физики, движение электрона в атоме можно характеризовать моментом импульса и магнитным моментом.

Дополнительное вращение характеризуется скоростью изменения момента импульса, которая, как известно, определяется моментом действующих сил: . Рассматривая движение электрона, как виток с током, находящийся в магнитном поле, можно записать, что:. Как уже обсуждалось, в рамках этих моделей:.

Следовательно: .

Из этого выражения следует, что за малый единичный промежуток времени приращение момента импульса перпендикулярно плоскости проходящей через и(рис.179).

Из рисунка видно, что вектор момента импульса, а вместе с ним и ось орбиты описывают конус, ось которого направлена вдоль вектора магнитной индукции. Такое движение называется прецессией. Следовательно, под воздействием магнитного поля происходит прецессия электронной орбиты – прецессия Лармора (рис.180).

Сравним полученное выражение с уравнением движения точки тела, вращающегося с угловой скоростью :(рис.181). Это сравнение показывает, что выражение для скорости

РИС.178 РИС.179 РИС.180 РИС.181

изменения момента импульса, можно интерпретировать как вращение вектора момента импульса с угловой скоростью: , котораяназывается ларморовой частотой и характеризует дополнительную угловую скорость электрона.

Отсюда следует, что кинетическая энергия электрона изменяется, но ранее обсуждалось, что силы магнитного поля перпендикулярны скорости электрона и поэтому работы не совершают. Объяснить изменение кинетической энергии электрона можно работой вихревого электрического поля, которое возникает при всяком изменении магнитного.

Если вектор магнитной индукции внешнего поля коллинеарен угловой скорости вращения электрона в атоме, то полная частота вращения электрона равна сумме его угловой скорости вращения в атоме и ларморовой частоты.

Более вероятен вариант, когда линии индукции магнитного поля не перпендикулярны плоскости орбиты электрона, а значит орбитальный магнитный момент и, соответственно, момент импульса, составляет с вектором индукции некоторый угол (рис.179).

Ларморова частота одинакова для всех электронов атома, т.е. возникает дополнительное вращение всей электронной оболочки атома. Поэтому говорят, что атом магнетика совершает, подобно гироскопу, прецессионное движение.

Прецессионное движение электронных орбит эквивалентно, как уже обсуждалось, индукционному току, который создает индукционное магнитное поле, противоположное внешнему. Таким образом, явление диамагнетизма обусловлено ларморовой прецессией электронных орбит, которая должна наблюдаться для атомов любых веществ, но зарегистрировать это явление возможно только для атомов, не обладающих магнитным моментом.

Следовательно, явление диамагнетизма универсально и обусловлено электромагнитной индукцией.Это объясняет тот экспериментальный факт, что восприимчивость диамагнетиков не зависит от температуры, ведь явление электромагнитной индукции не зависит от температуры.

Может ли ларморова прецессия повлиять на химические свойства атомов? Чтобы ответить на этот вопрос, оценим, с точки зрения классической физики, угловую скорость вращения электрона в атоме: ,(рад/с).

Ларморова частота, даже в очень больших полях, при B~1 Тл, составляет (рад/с), что значительно меньше угловой скорости вращения электрона в атоме. Поэтому, даже в очень больших химические свойства атомов не изменяются.магнитных полях.

Диамагнитный эффект — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Диамагнитный эффект

Cтраница 3

Этот эффект получил название диамагнитного эффекта, а вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле против направления поля, называются дмамапктикамн.  [31]

Таким образом, кроме диамагнитного эффекта ( а он всегда присутствует), существует еще возможность выстраивания индивидуальных атомных моментов в одном направлении. Магнитные моменты в этом случае стараются выстроиться по направлению магнитного поля ( точно так же, как постоянные диполи в диэлектрике выстраиваются в электрическом поле) и наведенный магнетизм стремится усилить магнитное поле. Это и есть парамагнитные вещества. Парамагнетизм, вообще говоря, довольно слаб, потому что выстраивающие силы относительно малы по сравнению с силами теплового движения, которые стараются разрушить упорядочивание. Отсюда также следует, что парамагнетизм обычно чувствителен к температуре. Исключение составляет парамагнетизм, обусловленный спинами электронов, ответственных за проводимость металлов.  [32]

Эффект конечного ларморовского радиуса и электронный диамагнитный эффект приводят к конечной частоте распространения линейных тиринг-мод и способствуют их стабилизации. На нелинейном уровне Е х В вращение формирует стационарную винтовую структуру, которая вращается вокруг тора.  [34]

Поля солнечных пятен тоже подвергаются диамагнитному эффекту. Наблюдаемый размер пятна — величина большая, меньшим оказывается его вертикальный размер. В самом деле, на глубине нескольких сот километров, где начинается конвективная зона, кинетическая анергия Конвективных движений уже превышает магнитную в пятне. Поле эффективно размешивается конвекцией.  [35]

Диамагнетиками называют кристаллы, в которых преобладает диамагнитный эффект.  [36]

Объяснение диамагнетизма представляет большой интерес, однако в технике диамагнитный эффект ввиду его малости практически не используется.  [37]

Поскольку эффект действия нескомпенсированных магнитных моментов атомов вещества превышает диамагнитный эффект, суммарное магнитное поле увеличивается.  [38]

Появление в магнетике индуцированных орбитальных магнитных моментов Арт называется диамагнитным эффектом.  [39]

Если магнитное поле не перпендикулярно плоскости электронной орбиты, то диамагнитный эффект также определяется величиной юн, которая в общем случае является угловой скоростью ларморовскои прецессии электронной орбиты вокруг направления магнитного поля. Вся система электронов ( иона, атома, молекулы) дополнительно к своему нулевому движению начинает вращаться с постоянной угловой скоростью сон вокруг направления поля.  [40]

Очевидно, что экранирование в ацетилене зависит не только от диамагнитного эффекта, так как на основе имеющихся данных об электроотрицательности атомов нельзя объяснить такой сильный рост экранирования.  [41]

Турбулентность в конвективной зоне неоднородна, что приводит к переносу поля внутри зоны из-за диамагнитного эффекта — обстоятельство чрезвычайно важное для теории солнечного цикла. Другим интересным аспектом диамагнитного эффекта является его приложение к секторной структуре межпланетного магнитного поля, обнаруженного космическими аппаратами. Схематически это поле изображено на рис. 2.5. Конфигурация поля внутри Солнца на рис. 2.5 изображена произвольно. Ясно только одно: поля должны как-то замыкаться под поверхностью Солнца. Возникший значительный ( как показывают элементарные оценки) магнитный поток будет взаимодействовать с полем пятен. Это может привести к тому, что на некоторых долготах появится повышенная активность: поле, изображенное на рис. 2.5, б, создает ясное неравноправие разных долгот.  [42]

Для большинства веществ постоянная Верде не зависит от температуры и магнитное вращение плоскости поляризации обусловлено диамагнитным эффектом. II, § 20.2) состоит в том, что во внешнем магнитном поле электроны атомов и молекул вещества прецессируют вокруг направления поля. Eg и Е: вращение одного из этих векторов совпадает по направлению с прецессионным, вращение другого совершается в противоположном направлении.  [43]

Это объясняется тем, что в этих веществах парамагнитный эффект очень мал и не может подавить диамагнитный эффект. Кроме перечисленных веществ, диамагнитными свойствами обладают Pb, Zn, С, Hg, Si, Qe, S, CO2, h3O, стекло, мрамор, большинство органических соединений.  [44]

Для большинства веществ постоянная Верде не зависит от температуры, и магнитное вращение плоскости поляризации обусловлено диамагнитным эффектом. Этот эффект, рассмотренный в § 20.2 II тома, состоит в том, что во внешнем магнитном поле электроны атомов и молекул вещества прецессируют вокруг направления поля.  [45]

Страницы:      1    2    3

Диамагнетики (μ немного меньше 1)

(ртуть, медь, серебро, свинец, висмут µ~0,99995)

У атомов диамагнетиков собственный магнитный момент равен нулю. При внесении их в магнитное поле на движущиеся электроны действует сила Лоренца, в результате чего изменяются траектории движения электронов. Возникающая перестройка траекторий приводит к появлению индуцированного магнитного момента, пропорционального внешнему полю. Этот момент направлен навстречу внешнему полю, поэтому внутри диамагнетика поле меньше .

Диамагнитный эффект присущ любому веществу – газообразному, жидкому, твердому. Однако он очень мал и наблюдается только у тех веществ, у которых собственный магнитный момент равен нулю.

Диамагнетиками являются: вода и мрамор, висмут, серебро и свинец, ртуть и медь, а также инертные газы.

Диамагнетики выталкиваются из более сильного поля.

Парамагнетики (μ немного больше 1)

(кислород, алюминий, марганец, хром, полладий µ~1,015)

Молекулы парамагнетиков имеют отличные от нуля собственные магнитные моменты. В отсутствии магнитного поля эти моменты расположены хаотически, поэтому результирующий магнитный момент тела равен нулю.

При внесении парамагнетика в магнитное поле магнитные моменты отдельных атомов или молекул ориентируются вдоль линий _о. Собственное поле парамагнетика усиливает внешнее магнитное поле. Если такой эффект существует, то он играет значительную роль и всегда преобладает над диамагнетизмом. Поэтому для парамагнетиков .

Тепловое движение атомов и молекул разрушает взаимную ориентацию магнитных моментов молекул, поэтому намагниченность парамагнетиков зависит от температуры и относительная магнитная проницаемость парамагнетиков убывает с увеличением температуры.

Парамагнетиками являются щелочные металлы, кислород, алюминий, платина.

Парамагнетики втягиваются в более сильное поле.

Ферромагнетики (μ»1) (железо, кобальт, никель µ>5000)

Основные свойства ферромагнитных материалов обусловлены наличием у них в определенном интервале температур областей спонтанной (самопроизвольной) намагниченности. Эти области называются «домены» и имеют размеры ~ 10^-6 м.

B₀=0 B₀

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю и ферромагнетик не намагничен. Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов (как у парамагнетиков), а целые области спонтанной намагниченности – домены. Поэтому магнитная проницаемость ферромагнетиков увеличивается до максимального значения (и может достигать тысяч).

Одним из характерных свойств ферромагнетиков является наличие магнитного гистерезиса (запаздывание). При действии на ферромагнетик переменного магнитного поля магнитная индукция В в веществе изменяется в соответствии с кривой, которая называется в соответствии с кривой, которая называется петлей гистерезиса (ПГ).

C ростом B₀ поле внутри магнетика растет, т.к. происходит ориентация доменов и достигает насыщения B_нас при определенном значении B_0нас, т.к. большинство доменов уже ориентировано вдоль внешнего поля. Если после намагничивания образца до насыщения внешнее поле начнет уменьшаться, то магнитное поле в веществе будет уменьшаться медленнее, т.к. тепловое движение не может быстро разбросать домены и при B₀=0, B=B_ост, вещество остается намагниченным (остаточное намагничивание). Чтобы убрать остаточное намагничивание необходимо изменить направление внешнего магнитного поля на противоположное.

Значение внешнего магнитного поля при котором магнитное поле в веществе обращается в ноль называется коэрцитивной силой (B_к).

Ферромагнетики с малой коэрцитивной силой (1-2 А/см) и узкой ПГ называются мягкими (используются для изготовления сердечников в трансформаторах). Ферромагнетики с большой коэрцитивной силой (10³-10⁵ А/см) и широкой ПГ называются жесткими (используются для изготовления постоянных магнитов).

Ферромагнетики обладают такими свойствами до определенной температуры (точка Кюри). При нагревании выше точки Кюри ферромагнетик превращается в парамагнетик.