Таким образом, намагниченность парамагнитного вещества при увеличении напряженности внешнего магнитного поля сводится к тому, что магнитное поле ориентирует в одном направлении атомные магнитные моменты, преодолевая дезориентирующее действие теплового движения. С повышением температуры при постоянной напряженности приложенного поля возрастает дезориентирующая роль теплового движения и намагниченность убывает. Парамагнетики по сути представляют слабо магнитные вещества. Поэтому их восприимчивость мала (χп << 1).
Парамагнетизм в атомах и ионах обычно существует одновременно с диамагнетизмом. Поскольку оба эти два эффекта противоположны по знаку, то суммарные магнитные свойства материалов определяются наибольшим из них. У большинства материалов диамагнитная восприимчивость меньше парамагнитной, поэтому в природе больше парамагнетиков.
Электронный газ наряду с диамагнетизмом обладает и парамагнетизмом. При наличии внешнего магнитного поля спины электронов ориентируются преимущественно по вектору напряженности поля, создавая результирующий магнитный момент. Но парамагнитная восприимчивость электронного газа не подчиняется закону Кюри и не зависит от температуры. Положительная магнитная восприимчивость коллективизированных электронов называется парамагнетизмом Паули (отрицательная – диамагнетизм Ландау). Квантовомеханическая теория магнетизма электронного газа показывает, что абсолютное значение парамагнитной восприимчивости электрона примерно в три раза больше диамагнитной
(5.27)
Наиболее высокие парамагнитные свойства наблюдаются у переходных и редкоземельных металлов. Для переходных металлов это объясняется наличием у атомов не полностью заполненных электронами внутренних d - и f – оболочек, в результате чего к общему магнитному моменту атома добавляется результирующий спиновой момент нескомпенсированных магнитных моментов электронов d = и f – оболочек. В группе переходных металлов наблюдается значительное возрастание парамагнитной восприимчивости по мере увеличения порядкового номера элемента.
5.6. Основные положения теории ферромагнетизма
Ферромагнетиками называют материалы, которые в отсутствии внешнего магнитного поля обладают магнитным моментом. Ферромагнетизм обеспечивается главным образом спиновыми магнитными моментами электронов, находящихся на незавершенных внутренних d - и f – оболочках, спины которых нескомпенсированы. Каждый такой электрон ведет себя подобно маленькому магнитику, который в определенном локальном магнитном поле может устанавливаться либо по направлению вектора напряженности внешнего поля, либо против него. Таким образом, ферромагнитными свойствами могут обладать только вещества, имеющие атомы с недостроенными внутренними электронными оболочками. К таким металлам относят: переходные металлы (скандий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель) и редкоземельные элементы (дисторсий, гадолиний, эрбий, иттербий и т.п.).
Наличие нескомпенсированных спиновых магнитных моментов является одним из обязательных условий существования ферромагнетизма, но не достаточным. Действительно, из большого ряда элементов, атомы которых имеют недостроенные внутренние электронные оболочки, ферромагнетиками являются только четыре элемента (Fe, Co, Ni, Gd). Остальные металлы в большинстве случаев являются парамагнетиками, реже - диамагнетиками. Кроме того, даже сами атомы ферромагнетиков, будучи изолированными друг от друга, не проявляют ферромагнитных свойств. Ферромагнитные свойства проявляются только ниже определенной температуры и при определенном кристаллическом состоянии. Для выполнения ферромагнитных свойств необходимо выполнение еще двух условий: наличия так называемых обменных сил и определенного расстояния между атомами ферромагнетика.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.