ПРИРОДА ПАРАМАГНЕТИЗМА

где − масса электрона;

− механический момент количества движения;

− гиромагнитное отношение.

M_(e) =β – магнетон Бора.

M = 2·β·S,

.

Парамагнетизмом обладают атомы, у которых имеются неспареные . Количество неспареных электронов определяется правилом Хунда: Суммарный магнитный момент должен быть максимальным.

В магнитном поле энергия каждого электрона смещается по отношению к его первоначальной энергии, кривая плотности состояний для электронов со спином направленным вверх смещается вправо (увеличивается энергия), а со спином направлена вниз влево (уменьшается энергия). При этом уровень Ферми становится разными для разных электронов. В отсутствии магнитного поля количество электронов в различных зонах равное. После наложения магнитного поля энергия зон изменяется, при этом электроны начинают перемещаться в зону с меньшей энергией и заселенность зоны электронами со спином направленным вниз больше, возникает несимметричный магнитный момент.

ПАРАМАГНИТНЫЕ ТЕЛА

Парамагнитные тела имеют небольшую не большую магнитную восприимчивость .

Парамагнетики втягиваются в области поля с наибольшей интенсивностью. В области небольших напряженностей поля намагниченность пропорциональна магнитной восприимчивости и напряженности:

При наибольших напряженностях поля не зависит от Н. В области больших напряженностей поля I→I_пред и достигается магнитное насыщение парамагнетиков.

Магнитная восприимчивость парамагнетиков зависит от температуры. Согласно закону Кюри или закону Кюри-Вейса:

Магнитная восприимчивость диамагнетиков не зависит ни от температуры, ни от напряженности магнитного поля, а является прямо пропорциональной порядковому номеру элемента.

Для диамагнетиков:

где – среднее расстояние электронов от ядра;

n – число атомов в единице объема;

μ₀ – магнитная проницаемость вакуума;

z – порядковый номер элемента.

При а = 10^-10 м, n ≈ 5·10²⁸ м^-3, χ = 10^-6z.

Парамагнетизм обусловлен магнитным моментом многоэлектронного атома сказывается из суммы магнитних моментом всех электронов вкулючая, как спиновые моменты так и орбитальние.

где l – орбитальное квантовое число

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ

Тела, обладающие магнитным моментом даже в отсутствии внешних магнитных полей называются ферромагнетиками.

Ферромагнетизм обусловлен взаимной ориентацией постоянных магнитных моментов отдельных групп атомов (домены) в одном направлении. Эти магнитные моменты имеют такую же природу, что и моменты обуславливающие парамагнетизм.

Влияние неспареных электронов в природе ферромагнетизма не играют существенной роли, т. к. при образовании твердого тела они обобществляются. Магнитные моменты заполненных оболочек равны нулю. Следовательно, ферромагнетизм должен быть обусловлен внутренними не заполненными оболочками, то есть он должен y d и f элементов. Но только у некоторых веществ Fe, Cо, Ni проявляются ферромагнитные свойства. Френкель показал, что ферромагнетизм возник вследствие взаимодействия не заполненных внутренних оболочек, которые слегка перекрывает при образовании твердого тела.

Энергия взаимодействия между электронными оболочками будет определятся таким соотношениям:

где U₀ – энергия атома;

К – электростатическое взаимодействие зарядов атома;

А – энергия обменных взаимодействий;

S – энергия перекрывания 0 – 1.

По знаку величина К отрицательна .

Знак «+» действует в том случаи, если реализуется анти параллельная ориентация спинов.

Знак «–» параллельная ориентация спинов.

1,5

А

Fe

Ca

Ni

d/a

При параллельной ориентации спинов А > 0 и осуществляется самопроизвольное намагничивание.

А < 0 (↑↓) – образуются химическая связь. Величина А зависит от соотношения диаметра атома и диаметра внутренней оболочки.

d – диаметр атома; а – диаметр элементов оболочек.