|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Парамагнетизм | Парамагнетизм (далее П) (от пара... и магнетизм), свойство тел, помещенных во внешнее поле, намагничиваться (приобретать магнитный момент) в направлении, совпадающем с направлением этого поля. Т. о., внутри парамагнитного тела (парамагнетика) к действию внешнего поля прибавляется действие возникшей намагниченности J. В этом отношении П противоположен диамагнетизму, при котором возникающий в теле под действием поля момент ориентирован навстречу направлению напряженности внешнего поля Н. Поэтому парамагнитные тела притягиваются к полюсам (откуда название "П"), а диамагнитные - отталкиваются. Характерным для парамагнетиков свойством намагничиваться по полю обладают также ферромагнетики и антиферромагнетики. Однако в отсутствие внешнего поля намагниченность парамагнетиков равна нулю и они не обладают магнитной структурой (взаимной упорядоченной ориентацией моментов в то время как при Н = 0 ферро- и антиферромагнетики сохраняют структуру. Термин "П" ввел в 1845 М. Фарадей, который разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диа- и парамагнитные. П характерен для веществ, частицы которого ( молекулы, ионы, ядра обладают собственным моментом, но в отсутствие внешнего поля эти моменты ориентированы хаотически, так что J = 0. Во внешнем поле моменты парамагнитных веществ ориентируются преимущественно по полю. В слабых полях намагниченность парамагнетиков растет с ростом поля по закону J = c Н, где c - магнитная восприимчивость 1 моля вещества, для парамагнетиков всегда положительная и обычно равная по порядку величины 10-5 - 10-3. Если поле очень велико, то все моменты парамагнитных частиц ориентируются строго по полю (достигается насыщение). С повышением температуры Т при неизменной напряженности поля возрастает дезориентирующее действие теплового движения частиц и восприимчивость убывает - в простейшем случае по Кюри закону c = С/Т (С - постоянная зависящая от природы вещества). Отклонения от закона (см. Кюри - Вейса закон) в основном связаны с взаимодействием частиц (влиянием поля). П свойствен: многим чистым элементам в металлическом состоянии (щелочные металлы, щелочноземельные металлы, некоторые металлы переходных групп с незаполненным d-слоем или f-слоем электронной оболочки - группы редкоземельных элементов, актиноидов; а также сплавы этих металлов); солям группы группы редкоземельных элементов от до и актиноидов и их водным растворам; парам щелочных металлов и молекулам газов (например, 2 и ); небольшому числу органических молекул ("бирадикалам"); ряду комплексных соединений. Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).
Существование у (ионов) моментов, обусловливающих П веществ, может быть связано с движением электронов в оболочке (орбитальный П), со спиновым моментом самих электронов (спиновый П), с моментами ядер (ядерный П). моменты ионов, молекул создаются в основном спиновыми и орбитальными моментами их электронных оболочек. Они примерно в тысячу раз превосходят моменты ядер (см. Магнетон). П металлов слагается в основном из П, свойственного электронам проводимости (так называемый парамагнетизм Паули), и П электронных оболочек (ионов) решетки металла. Поскольку движение электронов проводимости металлов практически не меняется при изменении температуры, П, обусловленный электронами проводимости, от температуры не зависит. Поэтому, например, щелочные и щелочноземельные металлы, у которых электронные оболочки ионов лишены момента, а П обусловлен исключительно электронами проводимости, обладают восприимчивостью, не зависящей от температуры. В тех веществах, у которых нет электронов проводимости и моментом обладает лишь ядро (например, у изотопа 3), П крайне мал (c~10-9-10-12) и может наблюдаться лишь при сверхнизких температурах (Т < 0,1К). Парамагнитная восприимчивость диэлектриков, согласно классической теории П Ланжевена (1906), определяется формулой c = Nma2/3kT, где - число в 1 моле вещества, ma - момент к - Больцмана постоянная. Эта формула была получена методами статистической физики для системы практически не взаимодействующих находящихся в слабом поле или при высокой температуре (когда mаН << kT). Она дает теоретическое объяснение Кюри закону. В сильных полях или при низких температурах ma >> kT) намагниченность парамагнитных диэлектриков стремится к Nma2(к насыщению). Квантовая теория П, учитывающая квантование пространственное момента mа (Л. Бриллюэн, 1926), дает аналогичное выражение для восприимчивости (диэлектриков (при ma << kT): c =NJ (J + 1)mа2gj2/3кТ, где J - квантовое число, определяющее полный момент количества движения gj - Ланде множитель. Парамагнитная восприимчивость полупроводников cпэ, обусловленная электронами проводимости, в простейшем случае зависит от температуры Т экспоненциально
cпэ=АТ1/2 exp (-DE/2kT), где А - константа вещества, DЕ - ширина запрещенной зоны полупроводника. Особенности индивидуального строения полупроводников сильно искажают эту зависимость. В простейшем случае для металлов (без учета Ландау диамагнетизма и взаимодействия электронов) cмэ = 3Nm2э/2Eo, где Eo - Ферми энергия, mэ - момент электрона (cмэ не зависит от температуры). Ядерный П при отсутствии сильного взаимодействия между спинами ядер и электронными оболочками характеризуется величиной cя = Nm2я 3kT, которая приблизительно в 106 раз меньше электронной парамагнитной восприимчивости (mэ~103 mя). Изучение П различных веществ, а также электронного парамагнитного резонанса (резонансного поглощения парамагнетиками энергии электромагнитного поля) позволяет определять моменты отдельных ионов, молекул, ядер, изучать строение сложных молекул и молекулярных комплексов, а также осуществлять тонкий структурный анализ материалов, применяемых в технике. В физике парамагнитные вещества используют для получения сверхнизких температур (ниже 1 К, см. Магнитное охлаждение). Историю развития учения о П см. в ст. Магнетизм.
Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973; его же, Магнетизм, М., 1971; Дорфман Я. Г., свойства и строение вещества, М., 1955; Абрагам А., Ядерный магнетизм. пер. с англ., М., 1963; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., 2 изд., М., 1963; Физика диэлектриков, Л., 1974.
Я. Г. Дорфман. |
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
|
|
Новости 04.11.2025 11:26:01
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
