Лекция 19. Некоторые аспекты диамагнетизма

Диамагнетизм - способность вещества намагничиваться во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению этого поля, магнитная восприимчивость диамагнетика отрицательна, вследствие чего диамагнетики отталкиваются от полюсов постоянного магнита.

Постоянные магниты (в простейшем случае) - изделия из магнитотвердого материала, прошедшие специальную термическую обработку, предварительно намагниченные до насыщения и являющиеся автономными источниками постоянного магнитного поля. С увеличением «твердости» магнитного материала его магнитная проницаемость уменьшается.

Диамагнетизм объясняется тем, что электронные заряды частично экранируют внутреннюю часть тела от внешнего магнитного поля. Это связано с тем, что электрон во время своего движения по орбите в атоме индуцирует ток такого направления, что его магнитный поток противодействует внешнему магнитному полю. Магнитный момент, связанный с индуцированным током, и есть диамагнитный момент. Показано, что в случае слабого магнитного поля: если плоскость орбиты электрона перпендикулярна вектору магнитной индукции поля, то магнитное поле приводит к изменению угловой скорости движения электрона по орбите , пропорциональному индукции поля и не зависящему от радиуса орбиты или скорости электрона на ней. Если направление вращения электрона такое, что орбитальный магнитный момент направлен в ту же сторону, что и вектор магнитной индукции, действие внешнего магнитного поля сводится к замедлению вращательного движения электрона на величину изменения угловой скорости . Если же орбита наклонена к полю, то под действием поля орбита начинает прецессировать, причем нормаль к плоскости орбиты описывает конус вокруг вектора магнитной индукции с постоянной угловой скоростью прецессии . Таким образом, можно говорить о дополнительном вращении как целого системы одинаковых заряженных частиц (электронов атома), возникающее при наложении на систему однородного постоянного достаточно слабого магнитного поля, направление которого служит осью вращения – прецессии Лармора, частота которой определяется частотой Лармора , где е заряд электрона, В величина вектора магнитной индукции, m масса электрона. Поскольку случай, когда плоскость орбиты электрона перпендикулярна вектору магнитной индукции, является редким событием, то чаще всего наблюдается Ларморовская прецессия, что приводит к тому, что в магнитном поле каждый электрон приобретает дополнительный (индуцированный) магнитный момент , где − средний квадрат расстояния электрона от оси, проходящей через центр атома параллельно вектору магнитной индукции . Появление индуцированного магнитного момента , и приводит к намагничиванию тела в направлении, противоположном внешнему полю. В лекции показано, что орбитальный магнитный момент атома, содержащего z электронов записывается в виде где -средний квадрат расстояния электрона от ядра. В лекции магнитная восприимчивость диамагнитного эффекта c_D переопределенная как не зависит от температуры и напряженности поля H и пропорциональна порядковому номеру элемента z в периодической таблице Менделеева . Диамагнетизм связан с орбитальным движением электронов в атомах, следовательно он присущ всем атомам и значит всем веществам. Однако, как показывают оценки, его величина мала, и он обнаруживается только тогда, когда не подавляется другими, более сильными видами магнетизма. Преобладает диамагнетизм только в веществах с заполненными электронными оболочками, также в некоторых веществах, где спиральные орбиты электронов охватывают не один, а большее количество атомов диамагнетизм также заметен (диамагнетизм Ландау). Анизотропия структуры и химических связей приводит к анизотропии диамагнитной восприимчивости c_D.

Тест

Вопрос 1. Частота прецессии Лармора определяется соотношением

Варианты ответов:

Вопрос 2. Ларморовская прецессия приводит к тому, что в магнитном поле каждый электрон приобретает дополнительный (индуцированный) магнитный момент, что в свою очередь приводит к намагничиванию тела в направлении

Варианты ответов: вдоль внешнего поля; противоположном внешнему полю.

Вопрос 3. орбитальный магнитный момент атома, содержащего z электронов выражается через -средний квадрат расстояния электрона от ядра и модуля вектора магнитной индукции как

Варианты ответов:

Вопрос 4. зависит ли магнитная восприимчивость диамагнитного эффекта c_D от температуры и напряженности поля H

Варианты ответов: да, нет

Вопрос 5. Z- порядковый номер элемента в периодической таблице Менделеева. Восприимчивость диамагнитного эффекта c_D пропорциональна

Варианты ответов: z^-1, z, z²

Вопрос 6. Присущ ли диамагнетизм всем веществам

Варианты ответов: да, нет

Вопрос 7. диамагнетизм преобладает в веществах с заполненными или незаполненными электронными оболочками

Варианты ответов:

заполненными электронными оболочками

незаполненными электронными оболочками

Вопросы для контроля.

1. Дайте качественное объяснение диамагнетизма

2. Почему часто диамагнетизм не проявляется и когда он обнаруживается

3. Что приводит к анизотропии диамагнитной восприимчивости c_D (Анизотропия структуры и химических связей)