Магнитное поле в веществе

Примеры задач с решением

Пример 1
Задание. Почему одни вещества являются парамагнетиками, а другие диамагнетиками, если прецессию Лармора в магнитном поле испытывают все электроны любого атома, следовательно, атомы всех веществ являются носителями диамагнитных свойств?
Решение. То, что атомы всех веществ являются носителями диамагнитных свойств, не означает, что вещество в целом является диамагнетиком, поскольку атомы обладают и постоянным суммарным магнитным моментом, который определяет парамагнитные свойства вещества. Если магнитный момент атома большой, то парамагнитные свойства преобладают, значит, вещество является парамагнетиком. Если магнитный момент небольшой, преобладающими оказываются диамагнитные свойства и вещество является диамагнетиком. Так, атомы всех инертных газов обладают полным магнитным моментом равным нулю. Следовательно, инертные газы диамагнитны, для них имеется только один диамагнитный эффект.
Пример 2
Задание. Объясните, почему, говорят, что теория диамагнетизма Ланжевена объясняет диамагнетизм прецессией Лармора?
Решение. Основную идею теории диамагнетизма по Ланжевену можно объяснить, рассматривая рис.1., на котором изображен магнитный диполь, соответствующий изменению магнитного момента электронной орбиты в результате ларморовой прецессии.

Рассмотрим движение электрона внутри атома (рис.1). Если в некоторый момент времени возникает магнитное поле, то движение электрона изменяется, а именно появляется прецессия Лармора. Так как заряд электрона отрицательный ω―↑↑B―. На рис.1 это соответствует дополнительному вращению электрона против часовой стрелки, при рассмотрении рисунка сверху. Вращение частицы, несущей отрицательный заряд против часовой стрелки - это то же самое, что ток, который течет по часовой стрелке. При этом дополнительное магнитное поле направлено против внешнего поля B―. Так, существование диамагнетизма можно объяснить наличием прецессии Лармора.
Парамагнитные свойства вещества объясняют имеющимся у атомов магнитным моментом. Если внешнее магнитное поле отсутствует, то у парамагнетиков магнитные моменты атомов (p―m) ориентированы хаотично в результате теплового движения молекул. В результате магнитный момент тела в целом почти равен нулю.
При наличии внешнего магнитного поля на каждый атом оказывает действие пара сил, которая пытается установить магнитные моменты атомов параллельно полю. При этом в парамагнетике появляется упорядоченное расположение атомов, намагниченность тела в целом отличается от нуля. Направление вектора намагниченности параллельно вектору магнитной индукции поля (B―).
С повышением температуры парамагнетика его магнитная восприимчивость уменьшается.
Теория парамагнетизма была создана П. Ланжевеном в 1905 г. Эта теория хорошо применима к газам, у которых взаимодействие между молекулами мало.