ЧТО ТАКОЕ МАГНЕТИЗМ

МАГНЕТИЗМ — ОБЩЕЕ СВОЙСТВО ВЕЩЕСТВА

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 Фара - дей. 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 межполюс - Бого 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.

2 К. П. Белов

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.

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. Схема намагничивания парамагнитного вещества.

(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.

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, имеег 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

2*
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 денные 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.