tgoop.com/stolbov_study/341
Last Update:
Почему магниты магнитятся, а немагниты – не магнитятся?
Введение было здесь. А в первой части поговорим о классе магнитно-неупорядоченных веществ.
Диамагнетики – вещества, не имеющие собственного магнитного поля, если их не помещать во внешнее. Электроны в них, по-прежнему, вращаются по орбитам и создают собственные магнитные поля, однако, количество электронов и направление их движения такое, что их магнитные поля компенсируют друг друга. Например, в атоме гелия есть два электрона, которые вращаются по одинаковым орбитам с одинаковой скоростью, но в разных направлениях. Их вектора магнитной индукции будут направлены в разные стороны и в сумме дадут ноль.
Если диамагнетик поместить в магнитное поле, то будет наблюдаться картина, похожая на поднесение проводящего кольца к магниту из школьных опытов. Если помните, там кольцо отталкивается из-за явления электромагнитной индукции, о которой я рассказывал здесь. А дополнительное магнитное поле в атомах диамагнетиков будет направлено в противоположную сторону внешнему. Таким образом, диамагнетик, намагничиваясь, всегда выталкивается из внешнего магнитного поля.
Вообще диамагнетизм является универсальным свойством всех веществ, т.к. в их атомах есть вращающиеся электроны («витки с током»), и независимо от того, скомпенсированы ли у них магнитные поля или нет, во всех них внешнее магнитное поле будет приводит к возникновению хоть какого-то собственного поля, направленного против внешнего. Однако, это очень слабый эффект и часто маскируется другими более сильными магнитными свойствами и может ощутимо наблюдаться только в истинных диамагнетиках, где собственные поля скомпенсированы и больше никаких магнитных свойств нет.
К истинным диамагнетикам, у которых хоть как-то можно заметить его признаки, относятся элементы с заполненными электронными оболочками – инертные газы (гелий, аргон и др.) и благородные металлы (золото, серебро), а также медь, цинк (заполненные d-оболочки) и разные органические и неорганические молекулы со скомпенсированным магнитным моментом.
Парамагнетики – вещества, имеющие собственное магнитное поле за счет движения электронов, которое не компенсируется, как у истинных диамагнетиков, постоянно для каждого вещества и не зависит от внешнего магнитного поля.
Обычно у атомов парамагнетиков, которые, как известно, похожи на витки с током, величина этого собственного поля маленькая, и тепловое хаотическое движение атомов приводит к случайному расположению магнитных моментов каждого атома и не дает им выстроиться в одном направлении, чтобы во всем теле возникло собственное магнитное поле. Но во внешнем магнитном поле магнитные моменты каждого атома, конечно же, начнут выстраиваться в направлении этого поля, и вещество начнет намагничиваться, а каждый атом со своим магнитным моментом внесет вклад в общее дело. Происходит это потому (опять упрощение), что на движущийся по орбите атома электрон действует сила Лоренца во внешнем магнитном поле, которая его отклоняет, изменяет его траекторию движения, и «атомный виток с током» поворачивается.
Но не все так просто, т.к. тепловое движение атомов по-прежнему мешает их магнитным моментам выстраиваться по направлению внешнего поля и происходит конкуренция между двумя этими явлениями. И, конечно же, самым главным арбитром, который решит спор, намагнитится ли в конце концов парамагнетик или нет, является температура. С повышением температуры атомы двигаются быстрее и хаотичнее, поэтому выстраивание магнитных моментов в одном направлении наиболее затруднено и намагниченность проходит вяло. Когда температура снижается, тепловое движение становится медленней, и тогда поворот «атомных витков» происходит легче.
К парамагнетикам относятся, в основном, атомы и молекулы с нечетным числом электронов, т.е. с нескомпенсированным магнитным моментом (например, щелочные металлы, или молекула NO), алюминий.
Этот материал требует немного знаний физики. Надеюсь, вы справитесь с пониманием. Пишите в комментариях вопросы, если где-то непонятно. Во второй части будет самое интересное. Выложу, как только наберем 40 реакций