описання властивостей феромагнетиків можливе лише на основі квантово-механічної теорії спінових хвиль. Слід зазначити, що в теорії феромагнетизму ще багато незавершеного і вона продовжує розвиватись. Зв'язок феромагнетизму з багатьма немагнітними властивостями речовини дає можливість за даними вимірювання магнітних властивостей одержувати інформацію про різні тонкі специфічні особливості електронної структури кристалів. Тому феромагнетизм інтенсивно досліджується на електронному і ядер-ному рівнях з використанням сучасних точних методів дослідження.

§ 9.9. Магнітомеханічні (гіромагнітні) явища. ! Дослід Барнетта. Досліди Ейнштейна і де Гааза

До магнітомеханічних (або гіромагнітних) належать явища, зумовлені взаємозв'язком магнітних і механічних моментів мікро-частинок — носіїв магнетизму. Довільна мікрочастинка (електрон, протон, атомне ядро, молекула, іон), яка має механічний момент кількості руху, має також і певний магнітний момент. Магнітний момент орбітального руху електрона зв'язаний з його моментом ім-пульсу гіромагнітним відношенням (9.22). У свою чергу власний (спіновий) магнітний момент електрона зв'язаний з його механіч-ним спіновим моментом аналогічним співвідношенням (9.26). Меха-нічний і магнітний моменти складних частинок (атомів, молекул, іонів) зумовлені переважно орбітальним та спіновим рухом елек-тронів і визначаються векторною сумою відповідних моментів електронів. Для довільних складових мікроскопічних структурних одиниць речовини між магнітним і механічним моментами існує співвідношення, аналогічне до (9.22).

У зовнішньому магнітному полі разом з переорієнтацією магніт-них моментів мікрочастинок відбувається певна переорієнтація і їхніх механічних моментів. Оскільки гіромагнітні відношення для орбітального і спінового рухів електронів різні, то в загальному

сумарний магнітний момент р'т структурної частинки речовини не

колінеарний з відповідним сумарним механічним моментом L цієї частинки (рис. 9.11). Між ними існує певний кут а. За законом збереження механічний момент імпульсу ізольованої системи не

змінюгться. Тому, наприклад, в ізольованому атомі напрям L збе-рігає свою орієнтацію в просторі, а магнітний момент р'т виконує прецесійний рух з великою кутовою швидкістю навколо напряму

механічного момента. У взаємодії магнітного момента р'т з зовніш-нім магнітним полем ефективну роль відіграє не р'т, а його складова

~рт у напрямі повного механічного момента атома L. Співвідношен-ня між магнітним і механічним моментами довільних мікрочастинок речовини матиме вигляд

?.-ї|, (9-37)

де V — множник Ланде, який дорівнює одиниці для орбітального і два для спінового рухів електрона, а для атома 1 <: у < 2. Збільшення за рахунок зовнішніх впливів сумарного механічного моменту кількості руху мікрочастинок, які складають фізичне тіло^ приводить до виникнення в ньому додаткового магнітного моменту, або, що те саме, додаткового намагнічення. І, навпаки, при намагні-чуванні зразка він набуває додаткового механічного моменту, що проявляється в його макроскопічній поведінці.

Збільшення магнітного моменту (намагнічення) у феромагніт-них зразках при їх обертанні, якщо магнітного поля немає, вперше виявив у 1909 p. C. Барнетт. Це явище називають ефектом Барнет-та, або механомагнітним явищем. Суть його така. Атоми магнетика являють собою маленькі гіроскопи, які мають властивість зберігати напрям своїх осей обертання в просторі. Тому й проекції магнітних моментів атомів на напрям механічних їхніх моментів також збері-гаються незмінними. При обертанні магнетика як цілого магнітні моменти атомів будуть здійснювати прецесійний рух у кристалічній решітці відносно осі обертання з частотою обертання магнетика:. Така впорядкована прецесія атомів відносно осі обертання магне-тика приводить до його додаткового намагнічення. Зауважимо, що при обертанні магнетика в ньому виникає лише діамагнітна намаг-ніченість, величина якої досить мала і потрібний точний експерш-мент для її виявлення. За допомогою ефекта Барнетта визначають магнітомеханічне (гіромагнітне) відношення — відношення магніт-ного момента елементарних частинок до їхнього механічного моменту

Г~Ї-Т4."6°'?-Г?. "*;

Обернений ефект виникнення механічного моменту феромагне-тика при його намагнічуванні в зовнішньому магнітному полі на-зивають магнітомеханічним явищем. Це явище в 1915 р. вперше

Примером парамагнетика может служить хлористое железо. Стеклянная ампула с водным раствором этрй соли, подвешенная на тонкой нити в магнитном поле, втягивается полем и устанавли-вается параллельно направлению поля (рис. 211). Если одно из

Рис. 213. Ампула с парамагнитным рас- Рис. 214. Диамагнитная палочка твором хлористого железа, погруженная висмута в магнитном поле. в более крепкий раствор той же соли,_ . ' * 7 ведет себя'как диамагнитное тело.

килсн и-ииралнии труики,-занилненнии расширим хлористого железа,

поместить между полюсами сильного электромагнита таким образом, чтобы до включения поля уровень был вблизи нижнего края полюсных наконечников, то при включении поля уровень жидкости в этом колене повышается (рис. 212). ..;"..

Если тело находится в среде, которая сама способна намагни-чиваться, то силы, действующие на тело, Зависят не только от намагни-чивания тела, но: и от намагничивания окружающей среды. В частности,_пара-магнетик, помещенный в парамагнитную же среду.с ббльшим х, ведет себя как диамагнетик (рис1.; 213) (ср. § 51). г

Примером диамагнетика является висмут. Висмутовая палочка выталки-вается, из магнитного поля и уста-навливается перпендикулярно ,к напра-влению поля (рис. 214). Диамагнитными свойствами обладают и газы пламени (углекислота), и поэтому пламя также * выталкивается магнитным полем (рис..215).

Ниже в таблице приведены значения магнитной восприимчивости для некоторых веществ. Значения для газов относятся к давле-нию 760 мм рт. ст. и комнатной температуре. Как видно из таблицы, значения У, весьма малы и поэтому магнитная проницаемость р=.1 -р-* близка к единице; все дна- и парамагнетики суть вещества, намагни-чивающиеся весьма слабо.

Рис. 215. Диамагнетизм пла-мени.

Вещество ,

, * * * |

х- 10». |

J Тип-магнетика* |

..''

Вещество |

х.'ІО». |

' Тип магнетика

Азот . . :. ...; ... |

. —0,0062—

5,3 —9,0

-26 :.- ,—

170 ; , |

: -Диа- * [ магнетик То же

» » |

Кислород