Магнитные свойства вещества

Краткая теория.

Все вещества обладают теми или иными магнитными свойствами, причем в различной степени, и в связи с этим называются магнетиками. Магнитные свойства вещества обусловлены, прежде всего, орбитальным движением электронов, входящих в состав атомов, а также определенным «внутренним» состоянием каждого электрона, приводящим к появлению у него собственного момента импульса, называемого спином.

Орбитальное движение электрона в атоме можно рассматривать как некий элементарный ток. Плоский контур с током обладает магнитным моментом p_m = IS n, где I – сила тока в контуре, S- площадь контура, а n – вектор единичной положительной нормали к контуру (ее направление связано с направлением тока в контуре правилом правого винта).

Поскольку магнитные моменты атомных ядер намного меньше магнитных моментов электронов, то магнитные моменты атомов практически равны векторной сумме магнитных моментов входящих в их состав электронов. В свою очередь магнитные моменты молекул складываются из магнитных моментов входящих в их состав атомов. В результате этого в отсутствие внешнего поля собственные магнитные моменты молекул у одних веществ могут быть равны нулю (магнитные моменты частиц, входящих в состав молекулы, компенсируют друг друга), а могут отличаться от нуля.

На электрон, вращающийся по окружности в магнитном поле с индукцией В, действует момент силы М =p_m Вsinα, где α - угол между векторами p_m и B. Это приводит к тому, что вектор момента импульса электрона вращается вокруг направлениявектора индукции B внешнего поля (это явление называется прецессией электрона), в результате чего у атомов и молекул вещества возникает дополнительный прецессионный магнитный момент, направленный против внешнего поля. Это называется диамагнитным эффектом. Электронную прецессию можно рассматривать как круговые токи. Это индуцированное движение электрического заряда вызывает магнитное поле, которое, по правилу Ленца, будет направлено так, чтобы уменьшить воздействие со стороны внешнего поля.

Диамагнетизм свойствен всем веществам, кроме атомарного водорода, так как у всех остальных веществ имеются спаренные электроны и заполненные электронные оболочки.

Все эти причины приводят к тому, что вещества обладают определенными магнитными свойствами и могут вступать в различные взаимодействия. В зависимости от величины магнитного момента и характера магнитного взаимодействия атомов, вещества по их магнитным свойствам делятся на группы – диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.