Из (5.25) следует, что диамагнитная восприимчивость атомов или ионов не зависит от температуры. Для большинства материалов она так же не зависит от напряженности магнитного поля. Однако при низких температурах, вблизи абсолютного нуля диамагнитная восприимчивость ряда металлов, в частности, висмута, олова, цинка, магния и др. может периодически меняться в зависимости от напряженности внешнего магнитного поля.
Диамагнетизм является универсальным свойством, присущим всем материалам, но его вклад в магнитные характеристики пара- и ферромагнетиков относительно мал.
5.4. Диамагнетизм электронного газа
Электронный газ также обладает диамагнетизмом. Согласно квантовой теории диамагнетизма электронного газа, разработанного Л.Д. Ландау, диамагнетизм электронов возникает в результате квантовомеханических эффектов. Когда свободный электрон перемещается в магнитном поле с напряженностью Н, то вследствие его намагничивающего действия электроны увеличивают свою энергию на величину ΔЕ. С учетом этого, эффекта диамагнитная восприимчивость электронного газа может быть определена
(5.26)
где Nэ – число электронов проводимости, принимающих участие в создании диамагнетизма; μВ – магнетон Бора.
Число электронов проводимости не равно общему числу коллективизированных электронов, это объясняется тем, что повышать свою энергию под действием магнитного поля могут только те электроны, энергия которых близка к энергии Ферми, т.е. электроны, находящиеся в узкой области термического возбуждения. На основании изложенного, число электронов проводимости можно определить
(5.27)
где N – число коллективизированных электронов; εF – Энергия Ферми.
С учетом (5.27) выражение (5.26) примет вид
(5.28)
Так как
то окончательно получим
(5.29)
Выражение (5.29) показывает, что диамагнетизм электронного газа не зависит от температуры и мал по абсолютному значению. Так как свободные электроны существуют только при наличии металлической связи, то диамагнетизм металлов складывается из диамагнетизма атомных остовов и диамагнетизма электронного газа.
5.5. Парамагнитные свойства
Некоторые атомы и ионы обладают постоянными магнитными моментами, которые в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы хаотично по всем направлениям, при этом под действием теплового движения это направление непрерывно меняется. Все это приводит к тому, что результирующий магнитный момент принимает нулевое значение.
При наложении внешнего магнитного поля собственные магнитные моменты стремятся ориентироваться преимущественно в направлении вектора напряженности внешнего поля. Этой ориентации будет противодействовать дезориентирующее тепловая энергия. В результате двух конкурирующих процессов установится некоторое преимущественное распределение магнитных моментов, что приведет к суммарной намагниченности материала. С увеличением напряженности внешнего магнитного поля число ориентированных магнитных моментов возрастает и намагниченность растет. При достижении напряженности внешнего поля определенного значения все магнитные моменты атомов принимают строгую ориентацию по вектору поля, а собственная намагниченность материала достигает насыщения и может превосходить намагничивающее поле по абсолютному значению.
Материалы, в которых ориентация магнитных моментов атомов и ионов под действием внешнего магнитного поля происходит независимо друг от друга, называют парамагнетиками. Так как магнитные моменты атомов и ионов ориентируются в направлении вектора напряженности внешнего магнитного поля, то магнитная восприимчивость парамагнетиков больше нуля и зависима от температуры.
Парамагнетизм обеспечивается спиновыми магнитными моментами электронов, поэтому к парамагнетикам относят все атомы и молекулы, имеющие нечетное число электронов, поскольку суммарный магнитный момент их не может быть равен нулю.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.