Магнетизм – загальна властивість речовини
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.
Все тела в природе по своим магнитным свойствам разделяются на два основных класса: на парамагнитные и диамагнитные.
Впервые это деление для большой группы веществ чисто опытным путём произвёл более ста лет назад Фарадей. Он подвешивал между полюсами электромагнита кусочки различных веществ. При включении электрического тока некоторые вещества, такие, как платина, марганец, хром и др., втягивались в поле и устанавливались вдоль него. Эти вещества учёный назвал парамагнитными («пара» по-гречески означает вдоль, около).
Такое «поведение» парамагнитных веществ объясняется тем, что атомы в них имеют собственные магнитные моменты, благодаря чему эти вещества подобно магнитикам затягиваются в магнитное поле и устанавливаются вдоль силовых линий.
К группе парамагнитных веществ Фарадей относил также железо, никель, кобальт и их сплавы. Эти вещества особенно сильно втягиваются в поле даже при очень слабых токах в электромагните. Они являются как бы сверхпарамагнитными и поэтому впоследствии их стали выделять в особый класс ферромагнитных веществ (от латинского слова «феррум» — железо).
К другой группе Фарадей отнёс тела, которые при включении электромагнита выталкиваются из межполюсного пространства или устанавливаются поперёк него. Это происходит от того, что атомы диамагнитных веществ («диа» по-гречески значит поперёк) не имеют собственных магнитных моментов, а индуцированные моменты, как уже говорилось, направлены противоположно полю; поэтому положение такого тела в поле будет неустойчивым.
Диамагнитными свойствами обладают медь, алюминий, серебро и в особенности висмут и сурьма.
Жидкости и газы могут быть как парамагнитными, так и диамагнитными.
На рис. 12 показано затягивание в магнитное поле раствора хлорного железа (эта жидкость парамагнитна). Там же показано выталкивание пламени свечи из поля, так как раскалённые газы обладают диамагнитными свойствами.
Затягивание раствора хлорного железа в поле и выталкивание пламени из поля
Надо заметить, что в большинстве случаев затягивание парамагнитных тел и выталкивание диамагнитных очень мало. Для обнаружения этих явлений требуются особо чувствительные весы и большие электромагниты.
Поскольку магнетизм большинства веществ может быть обнаружен только с помощью весьма чувствительных приборов, то у многих людей сложилось неправильное представление, что все тела, кроме железа, никеля, кобальта и некоторых сплавов, не обладают магнитными свойствами. В действительности же, как мы видели, это не так. Магнетизм это неотъемлемое и общее свойство вещества, так как все тела в природе в той или иной степени обладают магнитными свойствами.
Коснёмся некоторых подробностей о намагничивании парамагнитных тел. Это явление, как установил в конце прошлого века французский учёный Пьер Кюри (1859— 1906), сильно зависит от температуры. Кюри обнаружил, что при нагревании парамагнитного тела сила его затягивания в поле электромагнита ослабевает. Значит, с повышением температуры намагниченность парамагнитных тел уменьшается. Теоретическое объяснение этому явлению дал соотечественник Пьера Кюри учёный-коммунист Поль Ланжевен (1872—1946). Когда парамагнитное тело находится в магнитном поле, упорядоченному расположению магнитных моментов противодействует хаотическое тепловое движение атомов. Происходит как бы борьба теплового движения и поля за влияние над атомами — «магнитиками». В результате атомные магнитные моменты принимают направления, близкие к направлению поля (рис. 13), тогда как до внесения в поле они располагались в теле беспорядочным образом. Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение и тем большее «расстройство» вносит оно в расположение магнитных моментов.
Схема намагничивания парамагнитного вещества
Действие теплового движения настолько велико, что даже в очень сильных магнитных полях атомные магнитные моменты никогда не располагаются точно вдоль поля. По этой причине намагниченность парамагнитного тела, которая представляет собой суммарный магнитный момент огромного множества атомных моментов, содержащихся в одном кубическом сантиметре этого тела, имеет малую величину.
На расположение атомных магнитиков в парамагнитных телах кроме внешнего магнитного поля и теплового движения заметное влияние оказывают и силы взаимодействия между атомами. Это взаимодействие носит электрический или магнитный характер и приводит к тому, что соседние атомы мешают или, наоборот, помогают друг другу располагаться вдоль поля. Величина и характер взаимодействия атомных магнитиков в различных парамагнитных телах различны. Отсюда большое разнообразие в магнитных свойствах, которыми обладают парамагнитные вещества.
Хотя парамагнитные и диамагнитные вещества не используются в технике в качестве магнитных материалов, исследование их представляет очень большой интерес, так как оно даёт ценные сведения о строении вещества. Измерения намагниченностей парамагнитных и диамагнитных веществ позволяют получить более подробные данные о строении атомов и молекул.
Парамагнетизм и диамагнетизм тел сильно изменяются при изменении расположения электронов в молекуле, что может происходить при химических реакциях. Этот факт был использован для создания новой важной отрасли знания — магнетохимии. В магнетохимии изучаются магнитные свойства вещества при различных химических превращениях. Эта наука позволяет получать новые данные о расположении электронов в атомах и молекулах, а отсюда и о химическом строении различных веществ.