Магнитное поле в веществе

Механизм намагничивания
Рассмотрим теорию Ланжевена, если магнитные поля не очень сильные, а температуры и не очень низкие. Энергия атома во внешнем магнитном поле равна:
W=−p―m⋅B―(1).
Минимум энергии получается, когда векторы иp―mи B― сонаправлены. Благодаря этому, когда парамагнетик вносят в магнитное поле, в соответствии с распределением Больцмана появляется преимущественная ориентация магнитных моментов атомов вещества в направлении вектора B― и возникает намагничивание. Индукция дополнительного магнитного поля, появляющаяся в результате намагничивания, совпадает с направлением внешнего поля, происходит усиление внешнего поля.
Угол между направлением магнитного момента атома и индукцией поля при намагничивании не изменяется, магнитный момент совершает прецессионное движение вокруг направления вектора B―. Изменение ориентации магнитных моментов в соответствии с распределением Больцмана происходит в результате столкновений и взаимодействия атомов друг с другом.
Механизм намагничивание парамагнетиков схож с явлением поляризации полярных диэлектриков.
Связь парамагнитной восприимчивости и температуры
Обозначим среднее значение проекции магнитного момента атома (p―m) на направление внешнего магнитного поля как ⟨pmH⟩:
⟨pmH⟩=pm23kTμ0H′(2),
где H′ - напряженность магнитного поля, которая действует на атом; T - термодинамическая температура; k - постоянная Больцмана. Пусть в единице объема рассматриваемого вещества n атомов, тогда намагниченность вещества (J) равна:
мJ=n⟨pmH⟩=npm23kTм0H′(3).
Магнитный момент единицы объема вещества можно найти как:
J=ϰH(4),
где ϰ - магнитная восприимчивость вещества; H - напряженность внешнего магнитного поля. Так как парамагнетики намагничиваются слабо, то можно считать, что:
H≈H′(5).
Принимая во внимание (5) сравнивая правые части, получим:
ϰ=CT(6),
где C=npm23kTμ0. Формула (6) выражает известный закон Кюри, который получает в теории Ланжевена теоретическое объяснение.
Теория Ланжевена не применима к металлическим парамагнетикам, не смотря на то, что совокупность свободных электронов проводимости часто рассматривают как электронный газ. Обладание электроном собственного магнитного момента приводит к тому, что данный «газ» имеет свойства парамагнетика. Однако движение электронов внутри металла описывают законами квантовой теории.