Ядерный магнетон
. (5.64) Спиновый магнитный момент mS = 2mБ . (5.65) Парамагнитная восприимчивость диэлектриков согласно классической теории Ланжевена определяется формулой æ L = , (5.66) где N - число парамагнитных атомов в 1 моле вещества; mа - магнитный момент атома. Магнитная восприимчивость диэлектриков с точки зрения квантовой теории парамагнетизма учитывает пространственное квантование момента mа и при mаH< < kT приводит к следующей формуле: æ L = , (5.67) где j - квантовое число, определяющее полный момент импульса атома; gL - множитель Ланде. Парамагнитная восприимчивость одного моля: а) для полупроводников æ п обусловлена электронами проводимости, в простейшем случае зависит от температуры T экспоненциально: æ = AT1/2× exp(-DE/kT), (5.68) где A - константа вещества; DE - ширина запрещенной зоны полупроводника; б) для металлов - без учета диамагнетизма Ландау и взаимодействия электронов æ , (5.69) где Eo - энергия Ферми; mэ - магнитный момент электрона. Ядерный парамагнетизм при отсутствии сильного взаимодействия между спинами ядер и электронными оболочками атомов возникает, в основном, за счет двух факторов: 1) орбитального движения электронов (полный орбитальный магнитный момент атома является суммой орбитальных магнитных моментов отдельных электронов); 2) наличия у каждого электрона собственного магнитного момента, связанного со спином электрона, т.е. собственного механического момента электрона; характеризуется величиной æ я = . (5.70) Ферромагнетик – вещество (среда), в котором ниже определенной температуры (точки Кюри) устанавливается ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или магнитных моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Ферромагнетизм - магнитоупорядоченное состояние вещества, при котором все магнитные моменты атомов в веществе параллельны. Магнитная восприимчивость æ k ферромагнетиков положительна и æ k> > 0. Точка Кюри – температура, при которой намагниченность насыщения Js равна нулю. Обменное взаимодействие – взаимодействие, приводящее к ферромагнетизму, которое характеризуется напряженностью эффективного молекулярного поля: Hэфф = A∙ Js. (5.71) Энергия обменного взаимодействия U квадратично зависит от Js: U = -HэффJs = , (5.72) где A - постоянная молекулярного поля (A> 0); Js - намагниченность насыщения. Закон Блоха: с точки зрения теории спиновых волн, при низких температурах самопроизвольная намагниченность убывает с ростом температуры Js = Jso(1 - aT3/2), (5.73) где Jso - намагниченность насыщения при T = 0. Домены – области однородной намагниченности в ферромагнетике в отсутствие внешнего магнитного поля. Коэрцитивная сила Hc – величина напряженности магнитного поля, в котором ферромагнетик, первоначально намагниченный до насыщения, размагничивается. Остаточная индукция Bs – величина, характеризующая магнитное поле в ферромагнетике даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Остаточная намагниченность Jr – намагниченность Jr, которую имеет ферромагнетик при напряженности внешнего магнитного поля H = 0. Намагничивание – процессы установления намагниченности, протекающие в веществе при действии на него внешнего магнитного поля: а) в диамагнетиках намагничивание состоит в возникновении микроскопических индукционных токов, создающих намагниченность, направленную против внешнего магнитного поля; б) в парамагнетиках намагничивание состоит из ориентации хаотически колеблющихся магнитных моментов атомов или ионов в направлении внешнего магнитного поля; в) в ферромагнетиках намагничивание состоит в переориентации векторов намагниченности доменов в направлении внешнего магнитного поля. Включает процессы смещения, вращения и парапроцесс. Процесс смещения в многодоменном ферромагнетике заключается в перемещении границ между доменами. Процесс вращения состоит в повороте векторов J s в направлении вектора H внешнего магнитного поля. Парапроцесс (истинное намагничивание) – возрастание абсолютной величины самопроизвольной намагниченности J s ферро - и ферримагнетиков под действием внешнего магнитного поля H. Обусловлен ориентацией в поле H элементарных носителей магнетизма (спиновых и орбитальных магнитных моментов атомов или ионов), оставшихся не повернутыми в направлении результирующей намагниченности вследствие «дезорганизующего» действия теплового движения. Кривые намагничивания – графики, таблицы и формулы, показывающие зависимость намагниченности J или магнитной индукции B от напряженности внешнего магнитного поля H. Ферримагнетик - вещества, в которых при температурах ниже точки Кюри Tc существует ферримагнитное упорядочение магнитных ионов. Ферримагнетизм - магнитоупорядоченное состояние вещества, в котором магнитные моменты атомных носителей магнетизма образуют несколько магнитных подрешеток с магнитными моментами, направленными навстречу друг к другу или имеющими более сложную пространственную ориентацию; отличная от нуля векторная сумма намагниченностей подрешеток определяет самопроизвольную намагниченность вещества Js. Антиферромагнетизм - магнитоупорядоченное состояние вещества, характеризующееся тем, что магнитные моменты соседних частиц вещества - атомных носителей магнетизма - ориентированы навстречу друг другу (антипараллельно), и поэтому намагниченность тела в целом в отсутствие магнитного поля равна нулю. Магнитострикция - изменение формы и размеров ферромагнетиков и ферримагнетиков при их намагничивании. Магнитоупругий эффект (эффект Виллари) - обратное по отношению к магнитострикции явление - изменение намагниченности ферромагнитного образца при деформации. Магнитное охлаждение - метод получения температур ниже 1К путем адиабатического размагничивания парамагнитных веществ. Магнетокалорический эффект - изменение температуры магнетика при адиабатическом изменении напряженности магнитного поля H, в котором он находится. На границе раздела двух магнетиков (сред): а) нормальные составляющие вектора B и тангенциальные составляющие вектора H непрерывны: B1n = B2n, H2t = H1t; (5.74) б) закон преломления силовых линий векторов B и H при переходе через границу раздела двух магнетиков имеет вид . (5.75)
5.5. Основные уравнения термодинамики магнетиков Первое начало термодинамики для магнетика: dQ = dU + dA, (5.76) где dQ - количество сообщенного тепла; dU - изменение внутренней энергии; dA - работа магнетика, которая складывается из работы dA' = pdV против внешнего давления и работы магнитного поля . Основные уравнения термодинамики магнетиков для:
|