Головна

Діамагнетик. Механізми намагнічування. Природа діамагнетизму, ларморовой прецесія.

  1. EVA- економічна природа, методи розрахунку, переваги і недоліки.
  2. Sf 25. Природа жива і нежива. Життя і розум у контексті
  3. А). Генезис держави і його природа.
  4. А. Природа науки
  5. Автономна область і автономний округ, їх юр. природа як національно-державних суб'єктів РФ.
  6. Адаптація, її види, фази і критерії. Механізми розвитку.
  7. Алергія. Причини і механізми розвитку. Поняття про сенсибілізації, її роль у розвитку алергії.

Для кількісного опису намагнічення магнетика вводять векторну величину - намагніченість, яка визначається магнітним моментом одиниці об'єму магнетика:

,

де  - Магнітний момент магнетика, що представляє собою векторну суму магнітних моментів окремих молекул.

Розглянемо орбітальний рух електрона не тільки як елементарний струм, але і як обертання частинки навколо деякої осі. Виходячи з першого подання, вводиться орбітальний магнітний момент , Модуль якого дорівнює , де - сила струму, - Частота обертання електрона, S - площа його орбіти.

З іншого боку, що рухається по орбіті електрон має орбітальний механічний момент , Який, відповідно, з обумовленими правилами протилежний магнітному моменту за напрямом (ріс.175).

Ставлення величин цих орбітальних моментів називається магнітомеханічне або гіромагнітного відношення: (Кл / кг)

Гіромагнітне відношення не залежить від швидкості електрона і радіусу його орбіти, т. Е. Справедливо для будь-яких орбіт, в тому числі, і для еліптичних.

РІС.175 РІС.176

Зв'язок магнітного і механічного моментів дозволяє перевірити гіпотезу молекулярних струмів експериментально.

Дійсно, при приміщенні магнетика в магнітне поле, магнітні моменти атомів повинні орієнтуватися уздовж ліній магнітної індукції, а механічні моменти атомів, відповідно, будуть орієнтовані в протилежному напрямку. Отже, в магнітному полі тіло набуває механічний момент, і навпаки, - якщо привести тіло в обертання, то воно повинно намагнічуватися.

Діамагнетизм. ларморовой прецесії

До діамагнетиків відносяться багато метали: Vi, Au, Cu; більшість органічних сполук. Атоми і молекули діамагнетіков у відсутності магнітного поля не мають магнітного моменту, хоча, в рамках класичної фізики, в них обертаються по кругових орбітах електрони. Якщо діамагнетик знаходиться в зовнішньому магнітному полі, то його магнітна проникність менше одиниці, т. Е. Магнітна індукція поля в діамагнетиком менше, ніж магнітна індукція зовнішнього поля. Як це можна пояснити?

Включимо зовнішнє магнітне поле в просторі, в якому розташований діамагнетик. Нехай лінії індукції перпендикулярні площині орбіти будь-якого електрона (ріс.178). Так як при цьому: , то .

Отже, виникає вихровий електричне поле, що викликає додаткове обертання електрона - індукційний струм, який, відповідно до правила Ленца, має такий напрямок, щоб індукційне магнітне поле не давало зміни зовнішнього поля. Що являє собою це додаткове обертання?

Взаємодія електрона з ядром значно перевищує вплив зовнішнього поля і, тому радіус електронної орбіти в магнітному полі змінитися не може.

Як вже обговорювалося, з позицій класичної фізики, рух електрона в атомі можна характеризувати моментом імпульсу і магнітним моментом.

Додаткове обертання характеризується швидкістю зміни моменту імпульсу, яка, як відомо, визначається моментом діючих сил: . Розглядаючи рух електрона, як виток зі струмом, що знаходиться в магнітному полі, можна записати, що: . Як вже обговорювалося, в рамках цих моделей: .

отже: .

З цього виразу випливає, що за малий одиничний проміжок часу приріст моменту імпульсу перпендикулярно площині проходить через и (Ріс.179).

З малюнка видно, що вектор моменту імпульсу, а разом з ним і вісь орбіти описують конус, вісь якого спрямована вздовж вектора магнітної індукції. Такий рух називається прецесією. Отже, під впливом магнітного поля відбувається прецесія електронної орбіти - прецесія Лармора (ріс.180).

Порівняємо отриманий вираз з рівнянням руху точки тіла, що обертається з кутовою швидкістю : (Ріс.181). Це порівняння показує, що вираз для швидкості

РІС.178 РІС.179 РІС.180 РІС.181

зміни моменту імпульсу, можна інтерпретувати як обертання вектора моменту імпульсу з кутовий швидкістю: , яка називається ларморовой частотою і характеризує додаткову кутову швидкість електрона.

Звідси випливає, що кінетична енергія електрона змінюється, але раніше обговорювалося, що сили магнітного поля перпендикулярні швидкості електрона і тому роботи не здійснюють. Пояснити зміна кінетичної енергії електрона можна роботою вихрового електричного поля, яке виникає при кожній зміні магнітного.

Якщо вектор магнітної індукції зовнішнього поля коллінеарен кутової швидкості обертання електрона в атомі, то повна частота обертання електрона дорівнює сумі його кутової швидкості обертання в атомі і ларморовой частоти.

Більш вірогідний варіант, коли лінії індукції магнітного поля не перпендикулярно площині орбіти електрона, а значить орбітальний магнітний момент і, відповідно, момент імпульсу, складає з вектором індукції деякий кут (ріс.179).

Ларморовой частота однакова для всіх електронів атома, т. Е. Виникає додаткове обертання всієї електронної оболонки атома. Тому кажуть, що атом магнетика робить, подібно гіроскопа, процесійний рух.

Процесійний рух електронних орбіт еквівалентно, як вже обговорювалося, індукційному току, який створює індукційне магнітне поле, протилежне зовнішньому. Таким чином, явище діамагнетизму обумовлено ларморовой прецессией електронних орбіт, яка повинна мати місце для атомів будь-яких речовин, але зареєструвати це явище можливо тільки для атомів, що не володіють магнітним моментом.

Отже, явище діамагнетизму універсально і обумовлено електромагнітної індукції. це пояснює той експериментальний факт, що сприйнятливість діамагнетиків не залежить від температури, адже явище електромагнітної індукції не залежить від температури.

Чи може ларморовой прецесія вплинути на хімічні властивості атомів? Щоб відповісти на це питання, оцінимо, з точки зору класичної фізики, кутову швидкість обертання електрона в атомі: , (Рад / с).

Ларморовой частота, навіть в дуже великих полях, при B ~ 1 Тл, становить (Рад / с), що значно менше кутової швидкості обертання електрона в атомі. Тому, навіть в дуже великих хімічні властивості атомів не змінюються. магнітних полях.


 



Електромагнітні хвилі. Хвильове рівняння. | Щільність потоку електромагнітної енергії. Вектор Умова - Пойтинга. Рух електромагнітної енергії уздовж ліній передач.

закони Фарадея | Самостійний газовий розряд і його типи | Енергія магнітного поля контурів зі струмом. Енергія магнітного поля при наявності магнетиков. | Термоелектронна емісія. | Щільність енергії магнітного поля. Індуктивність. Енергія магнетика в зовнішньому магнітному полі. | Закон збереження енергії для електромагнітного поля. | Струм зміщення. Система рівнянь Максвелла, фізичний зміст окремих рівнянь. Граничні умови. Матеріальні рівняння. | Граничні умови для векторів електромагнітного поля | Об'ємні сили, що діють на нестискувані магнетики. Обчислення сил з виразу для енергії. | Електромагнітна енергія уздовж лінії передач |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати