Теперь нам известен строительный материал, из которого сле­жены магнитные тела. Это — атомы или молекулы с магнитными моментами, отличными от нуля.

 

Парамагнетик — это кристалл, построенный из парамагнит­ных молекул или атомов. Каждый атом такого кристалла — микро­скопический магнитик, магнитная стрелка. Эти магнитные стрелки не закреплены и направлены в разные стороны. Никакого порядка в направлении магнитных моментов нет. Если выбрать любое на­правление, то суммарное число магнитных моментов, направленных вдоль этого направления, равно суммарному числу магнитных мо­ментов, направленных в противоположную сторону. Магнитный момент парамагнетика равен нулю.

Есть простой способ упорядочить магнитные моменты — по­местить парамагнетик в магнитное поле. Магнитное поле стремится ориентировать магнитные моменты вдоль направления магнитных силовых линий.

Можно доказать, что энергия взаимодействия магнитного мо­мента с магнитным полем Hравна —mНcosO, где O— угол между магнитным моментом и вектором напряженности магнитного поля. Если магнитный момент может только двумя способами ориентиро­ваться относительно поля (0 = 0 и л), то разность между энергйей параллельного и антипараллельного полю состояний равна 2mH. Полному упорядочению магнитных моментов вдоль поля препят­ствует тепловое движение. Поэтому величину 2рЯ надо прежде всего сравнить с температурой T, точнее, со средней энергией теп­лового движения одной частицы kT (k—постоянная Больцмана, / температура по шкале Кельвина). Так как р ^ 10~20 эрг/гс, а к 1,38 • 10-16 эрг/град, то видно, что равенство 2рЯ — kTвозможно либо при сверхнизкой температуре, либо при огромных магнитных ПОЛЯ [1]Т = 1 °К, то //, При котором 2рЯ = kT, приблизительно равно 10 000 гс). При обычных1 и высоких темпе­ратурах величина 2рЯ много меньше kT.Из-за этого магнитное ноле лишь незначительно упорядочивает магнитные моменты. Если полное число магнитных моментов в единице объема тела рав­но Я, то магнитный момент единицы объема М равен М = рЯ, ми да все моменты направлены в одну сторону. Пусть Х+— число магнитных моментов, направленных по магнитному полю (0 = 0), а X против поля (0 = л). Тогда N++ ЛЯ = Я, ар V ) М. 

Формула Кюри допустима тогда, когда тепловая энергия вели­ка по сравнению с энергией взаимодействия. Учет взаимодействия между магнитными моментами изменяет выражение для намагни­ченности, и оно приобретает более сложный вид:

и =                                                       (2)

ft(Г - в)'                                                          ' '

Полученное выражение (оно называется законом Кюри — Вейса) по существу справедливо при тех же условиях, что и формула (1), только оно несколько точнее. Величина 0 называется парамагнит

Формула Кюри допустима тогда, когда тепловая энергия вели­ка по сравнению с энергией взаимодействия. Учет взаимодействия между магнитными моментами изменяет выражение для намагни­ченности, и оно приобретает более сложный вид:

 

и =                                                       (2)

 

ft(Г - в)'                                                          ' '

 

Полученное выражение (оно называется законом Кюри — Вейса) по существу справедливо при тех же условиях, что и формула (1), только оно несколько точнее. Величина 0 называется парамагнит

войств коллективов, ансамблей частиц) позволяет вычислить,

 

| .п к» долю всех частиц составляют N+ и ЛЯ. Оказывается, что при высоких температурах, когда 2значительно меньше kT, разность

 

 

 

Поэтому

 

Коэффициент пропорциональности между магнитным моментом и напряженностью магнитного поля Н называется магнитной вое- приимчивостью. Обозначим ее буквой к. Итак, для парамагнетиков при высоких температурах

 

Это — знаменитый закон Кюри, показывающий, что повышение температуры разрушает магнетизм, как разрушает и любой порядок. (Этот закон был открыт П. Кюри в 1895 г.). В формуле (1) опущен численный множитель. Если спин атома 1/2, то множитель равен единице. Если забыть о квантовых свойствах магнитного момента и считать, то магнитный момент может произвольным образом ориен­тироваться в пространстве (в некоторых случаях есть основание так поступать), то множитель равен 1/3 и формула (1) выглядит так:

 

Эту формулу в 1905 г. вывел П. Ланжевен, исходя из положений классической физики и факта существования атомных магнитиков. Ои использовал то обстоятельство, что магнитные моменты можно считать свободными (невзаимодействующими) при высоких темпе­ратурах. Значение этой формулы велико. Она позволяет по измере­ниям магнитной восприимчивости определить магнитный момент атома или молекулы.

 

 

Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top