Вопрос37. Магнитное поле в веществе. Гипотеза Ампера. Магнитные моменты электронов и атомов.
Магнитное поле в веществе складывается из двух полей: внешнего поля, создаваемого током, и поля, создаваемого намагниченным веществом. Тогда можем записать, что вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля в магнетике равен векторной сумме магнитных индукций внешнего поля (поля, создаваемого намагничивающим током в вакууме) и поля микротоков (поля, создаваемого молекулярными токами).
Электронный парамагнитный резонанс используется для определения величины. В определенном объеме – резонаторе – находится исследуемое вещество. Образец перемагничивают с частотой, он помещен в магнитное поле. Наблюдают поглощение энергии, которое максимально, если.
Опыт показывает, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются. Магнитные свойства вещества объясняются гипотезой Ампера, согласно которой в любом теле существуют микроскопические кольцевые токи, обусловленные движением электронов в молекулах и атомах.
В реальном веществе в качестве замкнутых колец рассматриваются:
1). Ток вследствие орбитального движения электрона вокруг ядра. С достаточным приближением можно считать, что электрон движется в атоме по круговым орбитам. Поэтому он обладает орбитальным круговым моментом.
2). Собственный магнитный момент электрона , или spin. Спин является неотъемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе.
3). Внутриядерный магнитный момент, обусловленный магнитными моментами входящих в ядро протонов и нейтронов. Однако магнитные моменты ядер в тысячи раз меньше магнитных элементов электронов, поэтому ими пренебрегают.
Таким образом, общий магнитный момент атома (молекулы) равен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спиновых) входящих в атом (молекулу) электронов.
При рассмотрении магнитных моментов электронов и атомов использовалась классическая теория, не учитывая ограничений, накладываемых на движение электронов законами квантовой механики. Однако это не противоречит полученным результатам, так как для дальнейшего объяснения намагничивания веществ существенно лишь то, что атомы обладают магнитными моментами.
Магнитный момент обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. Магнитный момент элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента - спина. Магнитный момент ядер складываются из собственных (спиновых) Магнитный момент образующих эти ядра протонов и нейтронов, а также Магнитный момент, связанных с их орбитальным движением внутри ядра. Магнитный момент электронных оболочек атомов и молекул складываются из спиновых и орбитальных Магнитный момент электронов. Спиновый магнитный момент электрона mсп может иметь две равные и противоположно направленные проекции на направление внешнего магнитного поля Н. Абсолютная величина проекции
г де mв= (9,274096 ±0,000065)·10-21эрг/гс - Бора магнетон,  , где h - Планка постоянная, е и me - заряд и масса электрона, с - скорость света; SH - проекция спинового механического момента на направление поля H. Абсолютная величина спинового Магнитный момент
г де s = 1/2 - спиновое квантовое число. Отношение спинового Магнитный момент к механическому моменту (спину)
так как спин
|
Вопрос38. Классификация материалов по магнитным свойствам. Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики.
По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм.
К диамагнетикам относят вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения АЗВ5, А2В6) и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии.
К парамагнетикам относят вещества с положительной магнитной восприимчивостью, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относят кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.
К ферромагнетикам относят вещества с большой положительной магнитной восприимчивостью (до 106), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.
|
Вопрос39. Описание магнитного поля в веществе. Вектор намагниченности. Вектор напряженности магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля.
Магнитное поле в веществе складывается из двух полей: внешнего поля, создаваемого током, и поля, создаваемого намагниченным веществом. Тогда можем записать, что вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля в магнетике равен векторной сумме магнитных индукций внешнего поля (поля, создаваемого намагничивающим током в вакууме) и поля микротоков (поля, создаваемого молекулярными токами).
Вектор намагниченности. Намагничение магнетика естественно характеризовать магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностью и обозначают буквой J. Если магнетик намагничен неоднородно, намагниченность в данной точке определяется след. образом:  ,где V-физически бесконечно малый объем, взятый в окрестности рассматриваемой точки, pm – магнитный момент отдельно молекулы. Суммирование происходит по всем молекулам, заключённым в объеме V.
Напряжённость магнитного поля — векторная величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности J.
В СИ:  , где μ0 - магнитная постоянная
В СГС: 
В системе СГС напряжённость магнитного поля измеряется в Эрстедах (Э), в системе СИ — в амперах на метр (L-1I). В технике Эрстед постепенно вытесняется единицей СИ — ампером на метр, 1 Э = 1000/(4π) А/м = 79,5775 А/м.
Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля: циркуляция вектора напряженности магнитного поля по некоторому контуру равна алгебраической сумме макроскопических токов, охватываемых этим контуром.
|
Скачать 1.21 Mb.