Диамагнетизм. Минералы-диамагнетики
Диамагнетизм является результатом воздействия внешнего магнитного поля на движущиеся электрические заряды в атоме и проявляется в том, что индуцируется магнитный момент, противоположный внешнему магнитному полю. Следовательно, магнитная восприимчивость у диамагнетиков отрицательна, чем они отличаются от веществ с иным магнитным состоянием. Диамагнитные материалы имеют отрицательную магнитную восприимчивость (;<0, ;<1); они намагничиваются в направлении, противоположном направлению магнитного поля Диамагнетизм как явление существует во всех веществах независимо от структуры их атомов и типов связи. Однако в «чистом виде» он проявляется только в тех веществах (диамагнетиках), в которых имеет место полная компенсация орбитальных и спиновых моментов атомов. Для веществ, в которых собственный магнитный момент атомных образований не равен нулю, на диамагнетизм накладывается значительно больший его по значению нескомпенсированный момент электронов. Магнитная восприимчивость диамагнетиков обычно не зависит от температуры. К диамагнетикам относятся инертные газы, ряда металлов (медь, серебро, золото, цинк, висмут, ртуть) и неметаллов (кремний, кварц, алмаз, графит, сера, фосфор), галенит, кварц, кальцит, гипс, ангидрид и другие безжелезистые минералы, нефть и вода.
12. Парамагнетизм. Минералы-парамагнетики. Парамагнетизм – это явление, возникающее в веществах с нескомпенсированными магнитными моментами и отсутствием магнитного атомного порядка. Атомы или молекулы в этом случае можно представить в виде элементарных магнитиков. При отсутствии внешнего магнитного поля упорядоченному расположению этих магнитиков препятствует тепловое движение, энергия которого на порядок выше энергии взаимодействия между магнитиками. Поэтому при обычных температурах магнитные моменты разу-порядочены и результирующая намагниченность равна нулю. Парамагнитные материалы обладают положительной магнитной восприимчивостью (;>0, ;>1); они намагничиваются по направлению поля (рис. 2.4). Безжелезистые минералы (плагиоклазы, калиевые полевые шпаты, мусковит, скаполит, шпинель, топаз, апатит и др.) имеют относительно низкую магнитную восприимчивость, не превышающую 1010-5 ед. СИ. Парамагнитная восприимчивость железосодержащих силикатов и алюмосиликатов (биотиты, амфиболы, хлориты, пироксены, оливины) связана главным образом с содержанием в них ионов железа.
13 .Магнитное упорядочение. Ферромагнитные минералы Ферромагнетики характеризуются положительными и очень высокими значениями магнитной восприимчивости и ;>>1. Ферромагнетики обладают в отсутствие внешнего магнитного поля определенным атомным магнитным порядком. Он проявляется в параллельной или антипараллельной ориентации спиновых магнитных моментов соседних атомов (рис. 2.5), в существовании спонтанной (самопроизвольной) намагниченности. .
Рисунок 2.5 – Типы атомного магнитного порядка: а – ферромагнитный; б – антиферромагнитный; в – ферримагнитный; 1 – междоузлия типа «А»; 2 – междоузлия типа «В» Вещества с параллельным расположением спиновых магнитных моментов называются ферромагнетиками. Антипараллельное расположение спиновых магнитных моментов соседних атомов характерно для антиферромагнетиками. Антиферромагнетики намагничиваются слабо, но их намагниченность стабильная во времени. Вариантами антиферромагнетизма являются ферримагнетизм и так называемый слабый ферромагнетизм. К ферримагнетикам (ферритам) относится наиболее распространенный магнитный минерал магнетит Fe3O4, а также пирротин Fe1-xS. Слабый ферромагнетизм характерен для гематитаFe2О3, гетитаFeOOH, гидрогематита Fe2О3H2О и сидеритаFeCО3. Таким образом, магнитно-упорядоченные минералы горных пород, обладающие спонтанной намагниченностью, относятся к ферримагнетикам или слабым ферромагнетикам. С ферромагнетизм – это очень редкое явление, присущее небольшому числу минералов (табл. 2.4). Магнетит Fe3O4,Титаномагнетит, xFe3O4(1-x)TiFe2O3,Магнезит, Fe2O3,Гематит, Fe2O3. Пирротин, Fe1-xSРедкое, но в высшей степени аномальное. Появление даже незначительной примеси ферромагнитных минералов в породе может полностью изменить ее магнитный облик. Магнитные свойства ферромагнитных минералов рассмотрим подробнее. Ферромагнитные вещества обладают сложной зависимостью намагничивания от намагничивающего поля. Закон намагничивания характеризуется петлей гистерезиса (рис. 2.7). Сразу отметим, что возрастание намагниченности происходит с разной скоростью в разных интервалах намагничивающего поля Н, что обусловлено различным механизмом намагничивания. Поскольку имеет место соотношение Намагничивание размагниченного ферромагнетика происходит в соответствии с основной кривой. При некотором значении поля, намагничение ферромагнетика достигает насыщения Js. Если постепенно уменьшать величину намагничивающего поля до нуля, можно заметить, что уменьшение намагниченности происходит медленнее (магнитный гистерезис). Намагниченность, сохраняющаяся после прекращения действия поля (H =0), называется остаточной намагниченностью Jr. Нулевая намагниченность достигается при напряженности поля, равной коэрцитивной силе Нс.
При насыщении ферромагнетика магнитные моменты располагаются параллельно внешнему полю. Однако магнитная восприимчивость ферромагнетиков проявляется до определенной температуры (точки Кюри ;), выше которой они превращаются в парамагнетики. Для большинства ферромагнетиков точка Кюри находится в пределах 7001000°С. Если принять средний температурный градиент Земли равным 33°/км, то размагничивание горных пород должно произойти уже на глубинах порядка 2030 км. В связи с этим принято считать, что источники магнитных аномалий не могут залегать глубже 2030 км.
|
, то это указывает на зависимость магнитной восприимчивости от величины намагничивающего поля, что отличает ферромагнитные минералы от пара- и диамагнитных.
