Магнитни моменти на електрони и атоми
Даденото по-долу описание на външния вид на орбиталния ъглов момент на електрон се основава на много опростена теория за орбиталното движение на електроните в атома. Този модел обаче е много удобен за този курс. Разглеждането на съвременната теория на спина в рамките на квантово-механичните теории не е включено в целите на този курс.
Според закона на Ампер електрическият ток произвежда магнитно поле. Електрон, въртящ се около атом, може да се разглежда като цикличен електрически ток с много малка сила Ази радиус, индуциращ магнитно поле (фиг. 2.1.1)
Фигура: 2.1.1. Магнитно поле, индуцирано от орбитален електрон.
I = e/T, където: (2.1.1)
д - абсолютна стойност на електронния заряд
т- период на революция на електрон в орбита.
Магнитен момент вечертасе нарича електрически ток, причинен от движението на електрон в орбитата му орбитален магнитен момент на електрона и се изчислява по формулата:
pm = I * S (2.1.2)
Всички електрони, въртящи се около атом, произвеждат свое собствено магнитно поле и като резултат всеки атом има свое собствено магнитно поле, което е общото поле, или суперпозиция магнитни полета на отделни електрони.
Орбиталният магнитен момент на атома Рm Наречен векторна сума на орбиталните магнитни моменти от всички Z. нейните електрони, където Z -атомен ординал в периодичната система.
Ако веществото се състои от молекули, тогава магнитен момент на молекула е векторна сума от орбитални моменти нейните атоми, които могат да бъдат или равни на нула, или не равни на нула.
Физическа класификация на магнитите
Магнити се наричат всички вещества, които могат да се магнетизират във външно магнитно поле, т.е. създайте вътрешен магнитното поле на самото вещество. Те са класифицирани според техните магнитни свойства в слабо магнитниисилни магнитни вещества. Слабомагнитните вещества включват парамагнетици, до силно магнитни - феромагнетици.
Има и два отделни подкласа материали, отделени от общия клас феромагнетици - антиферомагнетици и феримагнетици.И в двата случая тези вещества принадлежат към класа на феромагнетиците, но имат специални свойства. При ниски температури магнитните полета на съседните атоми са подравнени строго паралелно, но в противоположни посоки. Антиферомагнетиците се състоят от атоми на един елемент и в резултат на това тяхното магнитно поле става равно на нула. Феримагнетиците са комбинация от две или повече вещества. Суперпозицията на противоположно насочени полета води до макроскопично магнитно поле, присъщо на материала като цяло.
Характерните характеристики на магнитите са показани в таблицата. 2.2.1.
Диамагнетизъм
Диамагнетика - вещества, които имат атоми или молекули при липса на външно магнитно поле нямат магнитни моменти.
Като пример, помислете за хелиев атом. От опростената диаграма и предположението, че и двата хелиеви електрона се въртят около ядрото със същата скорост, в едни и същи орбити, но в противоположни посоки, се вижда, че орбиталните магнитни моменти са равни по големина и противоположни по знак и общо магнитен момент на хелиевия атом Pm = pm (1) + pm (2) ще бъде равно на нула.
Фигура: 2.2.1.1. Магнитният момент на хелиевия атом.
Кога въвеждане на диамагнитно вещество в магнитно поле във всеки от неговите атоми (молекули) се индуцира допълнителен индукционен ток Iiс магнитен момент Δ Рmi . Вектор Δ Рmiпротивоположна на вектора B0 магнитна индукция на външно магнитно поле. Общото магнитно поле, създадено във всички атоми чрез индукционни токове, е собствено (вътрешно) поле. Векторът на магнитната индукция на вътрешното поле противоположна посока към вектора на индукция на външното поле за намагнитване.
Фиг. 2.2.1.2. Магнитният момент на атом на диамагнитно вещество в магнитно поле.
Ако ефектът от намагнетизиращото поле спре, тогава проявите на диамагнитните свойства изчезват. Следователно появата на индукционни токове в атомите не се влияе от термичното хаотично движение на атомите диамагнитните свойства на веществото не зависят от температурата.
Диамагнетизъм-универсално свойство на всички вещества, но тъй като това е много слаб ефект, диамагнитните свойства се наблюдават само при тези вещества, при които те не са маскирани от по-силни магнитни свойства.
Парамагнетизъм
Парамагнетика- вещества, в които атомите или молекулите при липса на външно магнитно поле имат някакъв магнитен момент. Магнитните моменти на парамагнитните атоми зависят от структурата на атомите (молекулите), постоянни са за дадено вещество и не зависят от външното магнитно поле.