Парамагнетизм

Парамагнетиками являются вещества, молекулы которых обладают постоянными магнитными моментами . Потенциальная энергия молекулы в магнитном поле достигает минимума, если . Поэтому магнитное поле стремится ориентировать магнитные моменты молекул вдоль . Величина магнитного момента каждой молекулы остается при этом практически постоянной. Тепловое же движение стремится сделать все направления векторов равновероятными. П. Кюри экспериментально установил, что восприимчивость парамагнетика изменяется обратно пропорционально абсолютной температуре :

(7.27)

где - постоянная Кюри, зависящая от рода вещества.

Классическая теория парамагнетизма была развита Ланжевеном в 1905 г. При не слишком низких температурах () равновесное распределение вероятностей молекул по значению потенциальной энергии подчиняется закону Больцмана:

где - постоянная Больцмана.

Усредняя магнитный момент единицы объема парамагнетика по распределению Больцмана, можно получить выражение для намагниченности парамагнетика:

(7.28)

где - концентрация молекул парамагнетика.

Далее, найдем магнитную восприимчивость парамагнетика как

(7.29)

где учтено, что .

Теперь найдем молярную восприимчивость парамагнетика:

(7.30)

Формула (7.30) выражает закон Кюри с постоянной

(7.31)

В области своей применимости выражения (7.30) и (7.31) достаточно хорошо соблюдаются.

При низких температурах, когда условие не выполняется, пропорциональность между напряженностью магнитного поля и намагниченностью в парамагнетике нарушается. В частности, при увеличении наступает магнитное насыщение, так что дальнейшее увеличение не приводит к росту . Объяснение: магнитные моменты всех молекул уже ориентированы вдоль .

Парамагнетизм может быть связан не только с наличием магнитных моментов у молекул. Так, наблюдается явление парамагнетизма электронов проводимости. Спиновые магнитные моменты электронов взаимодействуют с магнитным полем. Возникает преимущественная ориентация этих моментов вдоль поля и, как следствие парамагнитная восприимчивость вещества, которая не зависит от температуры.