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 ядерному рівнях з використанням сучасних точних методів дослідження.

з 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 мікрочастинок — 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 імпульсу гіромагнітним відношенням (9.22). В свою чергу власний (спіновий) магнітний момент електрона зв'язаний з його механічним спіновим моментом аналогічним співвідношенням (9.26). Механічний і магнітний моменти складних частинок (атомів, молекул, іонів) зумовлені переважно орбітальним та спіновим рухом електронів і визначаються векторною торбою відповідних моментів електронів. Для довільних складових мікроскопічних структурних одиниць речовини між магнітним і механічним моментами існує співвідношення, аналогічне до (9.22).

В зовнішньому магнітному полі разом з переорієнтацією магнітних 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 (мал. 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 зберігає свою орієнтацію в просторі, а магнітний момент р'т виконує прецесійний рух з великою кутовою швидкістю навколо напряму

механічного моменту. У взаємодії магнітного моменту р'т із зовнішнім магнітним полемо ефективну роль відіграє не р'т, а його складова

~рт в напрямі повного механічного моменту атома L. Співвідношення 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 <: в < 2. Збільшення за рахунок зовнішніх впливів сумарного механічного моменту кількості руху мікрочастинок, які складають фізичне тіло^ приводити до виникнення в ньому додаткового магнітного моменту, або, що ті саме, додаткового намагнічення. І, навпаки, при намагнічуванні зразка він набуває додаткового механічного моменту, що проявляється в його макроскопічній поведінці.

Збільшення магнітного моменту (намагнічення) у феромагнітних зразках при їх обертанні, якщо магнітного поля немає, вперше виявив в 1909 г. З. Барнетт. Це явище називають ефектом Барнетта, або механомагнітним явищем. Суть його така. Атомі 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 зберігаються незмінними. При обертанні магнетика як цілого магнітні моменти атомів будуть здійснювати прецесійний рух в кристалічній решітці відносно осі обертання з частотою обертання магнетика:. Така впорядкована прецесія атомів відносно осі обертання магнетика приводити до його додаткового намагнічення. Зауважімо, що при обертанні магнетика в ньому виникає лише діамагнітна намагніченість, величина якої досить мала і потрібний точний експерш-мент для її виявлення. За допомогою ефекта Барнетта визначають магнітомеханічне (гіромагнітне) відношення — відношення магнітного моменту елементарних частинок до їхнього механічного моменту

Г~Ї-Т4."6‘'?-Г?. "*;

Оберненій ефект виникнення механічного моменту феромагне-тика при його намагнічуванні в зовнішньому магнітному полі називають магнітомеханічним явищем. Це явище в 1915 г. вперше

Прикладом парамагнетика може служити хлористе залізо. Скляна ампула з водним розчином этрй солі, підвішена на тонкій нитці в магнітному полі, втягується полем і встановлюється паралельно напряму поля (мал. 211). Якщо одне з

Мал. 213. Ампула з парамагнітним рас- Мал. 214. Діамагнітная паличка твором хлористого заліза, занурена вісмуту в магнітному полі. в більш міцний розчин тій же соли, . ' * 7 веде себя'как диамагнитное тіло.

килсн и-ииралнии труики, -занилненнии розширимо хлористого заліза

помістити між полюсами сильного електромагніту так, щоб до включення поля рівень був поблизу нижнього краю полюсних наконечників, то при включенні поля рівень рідини в цьому коліні підвищується (мал. 212). ..;"..

Якщо тіло знаходиться в середовищі, яке сама здатна намагнічуватися, то сили, діючі на тіло, Залежать не тільки від намагнічення тіла, але: і від намагнічення навколишнього середовища. В частности, пара-магнетик, поміщений в парамагнітну ж среду.с ббльшим х, поводиться як диамагнетик (рис1.; 213) (ср. з 51). г

Прикладом диамагнетика є вісмут. Вісмутова паличка виштовхується, з магнітного поля і встановлюється перпендикулярно,к напряму поля (мал. 214). Діамагнітнимі властивостями володіють і гази полум'я (вуглекислота), і тому полум'я, також * виштовхується магнітним полем (рис..215).

Нижче в таблиці приведені значення магнітної сприйнятливості для деяких речовин. Значення для газів відносяться до тиску 760 мм рт. ст. і кімнатній температурі. Як видно з таблиці, значення В, вельми малі і тому магнітна проникність р=.1 -р-* близька до одиниці; все дна- і парамагнетики суть речовини, що намагнічуються вельми слабо.

Мал. 215. Діамагнетизм полум'я.

Речовина

* * * |

х- 10». |

J Тіп-магнетіка* |

..''

Речовина |

х.'ІО». |

' Тип магнетика

_

Азот . . :. ...; ... |

. —0,0062—

5,3 —9,0

-26 :.- —

170 ; |

: -Диа- * [ магнетик Те ж

» » |

Кисень ....

Алюміній