ПАРАМАГНЕТИЗМ

ПАРАМАГНЕТИЗМ (от пара... и магнетизм), свойство тел, помещённых во внеш. магнитное поле, намагничиваться (приобретать магнитный момент) в направлении, совпадающем с направлением этого поля. Т. о., внутри парамагнитного тела (парамагнетика) к действию внеш. поля прибавляется действие возникшей намагниченности J. В этом отношении П. противоположен диамагнетизму, при к-ром возникающий в теле под действием поля магнитный момент ориентирован навстречу направлению напряжённости внеш. магнитного поля Н. Поэтому парамагнитные тела притягиваются к полюсам магнита (откуда назв. "П."), а диамагнитные - отталкиваются. Характерным для парамагнетиков свойством намагничиваться по полю обладают также ферромагнетики и антиферромагнетики. Однако в отсутствие внеш. поля намагниченность парамагнетиков равна нулю и они не обладают магнитной структурой (взаимной упорядоченной ориентацией магнитных моментов атомов), в то время как при Н = О ферро- и антиферромагнетики сохраняют магнитную структуру. Термин "П." ввёл в 1845 М. Фарадей, к-рый разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диа- и парамагнитные. П. характерен для веществ, частицы к-рого (атомы, молекулы, ионы, ядра атомов) обладают собств. магнитным моментом, но в отсутствие внеш. поля эти моменты ориентированы хаотически, так что J = 0. Во внеш. поле магнитные моменты атомов парамагнитных веществ ориентируются преим. по полю. В слабых полях намагниченность парамагнетиков растёт с ростом поля по закону J = xH, где x - магнитная восприимчивость 1 моля вещества, для парамагнетиков всегда положительная и обычно равная по порядку величины 10^-5 - 10^-3. Если поле очень велико, то все магнитные моменты парамагнитных частиц ориентируются строго по полю (достигается магнитное насыщение). С повышением темп-ры Т при неизменной напряжённости поля возрастает дезориентирующее действие теплового движения частиц и магнитная восприимчивость убывает - в простейшем случае по Кюри закону x = С/Т (С - постоянная Кюри, зависящая от природы вещества). Отклонения от закона Кюри (см. Кюри-Вейса закон) в основном связаны с взаимодействием частиц (влиянием кристаллич. поля). П. свойствен: многим чистым элементам в металлич. состоянии (щелочные металлы, щёлочноземельные металлы, нек-рые металлы переходных групп с незаполненным d-слоем или f-слоем электронной оболочки - группы железа, палладия, платины, редкоземельных элементов, актиноидов; а также сплавы этих металлов); солям группы железа, группы редкоземельных элементов от Се до Yb и актиноидов и их водным растворам; парам щелочных металлов и молекулам газов (напр., О₂ и NO); небольшому числу органич. молекул ("бирадикалам"); ряду комплексных соединений. Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при темп-pax, превышающих, соответственно, темп-ру Кюри или Нееля (темп-ру фазового перехода в парамагнитное состояние).

Существование у атомов (ионов) магнитных моментов, обусловливающих П. веществ, может быть связано с движением электронов в оболочке атома (орбитальный П.), со спиновым моментом самих электронов (спиновый П.), с магнитными моментами ядер атомов (ядерный П.). Магнитные моменты атомов, ионов, молекул создаются в основном спиновыми и орбитальными моментами их электронных оболочек. Они примерно в тысячу раз превосходят магнитные моменты атомных ядер (см. Магнетон). П. металлов слагается в основном из П., свойственного электронам проводимости (т. н. парамагнетизм Паули), и П. электронных оболочек атомов (ионов) кристаллич. решётки металла. Поскольку движение электронов проводимости металлов практически не меняется при изменении темп-ры, П., обусловленный электронами проводимости, от темп-ры не зависит. Поэтому, напр., щелочные и щёлочноземельные металлы, у к-рых электронные оболочки ионов лишены магнитного момента, а П. обусловлен исключительно электронами проводимости, обладают магнитной восприимчивостью, не зависящей от темп-ры. В тех веществах, у к-рых нет электронов проводимости и магнитным моментом обладает лишь ядро (напр., у изотопа гелия ³Не), П. крайне мал (x~ 10^-9-10^-12) и может наблюдаться лишь при сверхнизких темп-pax (Т < 0,1К). Парамагнитная восприимчивость диэлектриков, согласно классич. теории П. Ланжевена (1906), определяется формулой x = Nn_а²/3kT, где N - число магнитных атомов в 1 моле вещества, n_a - магнитный момент атома, k - Болъцмана постоянная. Эта формула была получена методами статистической физики для системы практически не взаимодействующих атомов, находящихся в слабом магнитном поле или при высокой темп-ре (когда n_a H =<kT). Она даёт теоретическое объяснение Кюри закону. В сильных магнитных полях или при низких темп-pax (n_aH " kT) намагниченность парамагнитных диэлектриков стремится к Nn²(к насыщению). Квантовая теория П., учитывающая квантование пространственное момента n_а(Л. Бриллюэн, 1926), даёт аналогичное выражение для восприимчивости x диэлектриков (при n_a H " kT): x=NJ (J + 1) n_a²g²_i/3kT, где J - квантовое число, определяющее полный момент количества движения атома, g_i - Ланде множитель. Парамагнитная восприимчивость полупроводников x^п_э, обусловленная электронами проводимости, в простейшем случае зависит от темп-ры Т экспоненциально x^п_э=АТ^1/2ехр(- дельта Е/2kT), где А - константа вещества, дельта Е - ширина запрещённой зоны полупроводника. Особенности индивидуального строения полупроводников сильно искажают эту зависимость. В простейшем случае для металлов (без учёта Ландау диамагнетизма и взаимодействия электронов)

x^м_э = 3Nn²_э/2Е₀, где Е₀ - Ферми энергия, n_э - магнитный момент электрона (x^м_э не зависит от температуры). Ядерный П. при отсутствии сильного взаимодействия между спинами ядер и электронными оболочками атомов характеризуется величиной x_я = Nn²_я/3kT, к-рая приблизительно в 10⁶ раз меньше электронной парамагнитной восприимчивости (n_э~10³n_я). Изучение П. различных веществ, а также электронного парамагнитного резонанса (резонансного поглощения парамагнетиками энергии электромагнитного поля) позволяет определять магнитные моменты отд. атомов, ионов, молекул, ядер, изучать строение сложных молекул и молекулярных комплексов, а также осуществлять тонкий структурный анализ материалов, применяемых в технике. В физике парамагнитные вещества используют для получения сверхнизких темп-р (ниже 1 К, см. Магнитное охлаждение). Историю развития учения о П. см. в ст. Магнетизм.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973; его же, Магнетизм, М., 1971; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Абрагам А., Ядерный магнетизм, пер. с англ., М., 1963; Киттель Ч., Введение в физику твёрдого тела, пер. с англ.

2 изд., М., 1963; Физика магнитных диалект* риков, Л., 1974. Я. Г. Дорфман.

Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ПАРАМАГНЕТИК →← ПАРАЛЬДЕГИД

ПАРАМАГНЕТИЗМ

Синонимы слова "ПАРАМАГНЕТИЗМ":

Смотреть что такое ПАРАМАГНЕТИЗМ в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: