Магнітні моменти електронів і атомів.
Всі речовини реагують на наявність магнітного поля, тому всі речовини є Магнетика. Ми раніше формально враховували магнітні властивості середовища за допомогою магнітної проникності m. Зараз ми спробуємо визначити, якими ж процесами в речовині визначається зміна m або, іншими словами, чому речовини поводяться по-різному в магнітному полі. Наше розгляд буде якісним і заснованим на гіпотезі Ампера, згідно з якою в будь-якому тілі існують мікроскопічні струми, обумовлені рухом електронів в атомах. При цьому рух електрона по орбіті розглядається в рамках класичних уявлень. При такому русі електрон створює круговий струм I = ev (e - заряд електрона, v - частота обертання) і, отже, має орбітальним магнітним моментом
Крім того, було встановлено, що електрон володіє власним магнітним (його ще називають спіновим) магнітним моментом. Під спіном розуміють власний механічний момент імпульсу електрона. Але будь-який заряд, що володіє механічним моментом імпульсу, володіє і магнітним моментом. Було також встановлено, що проекція спінового магнітного моменту на напрямок зовнішнього поля може приймати тільки 2 значення, які називаються магнетон Бора:
Тут h - постійна Планка, а mB - так званий магнетон Бора. Таким чином, сумарний магнітний момент електрона складається з орбітального і спінового магнітних моментів. Магнітний момент атома pa. в свою чергу, повинен складатися з магнітних моментів електронів і магнітних моментів ядер. Останні, однак, в тисячі разів менше магнітних моментів електронів (див. 11.2), тому можна записати, що
Для характеристики магнітних властивостей речовин вводиться величина, яка називається намагніченість і яку для однорідного речовини можна визначити як магнітний момент одиниці об'єму:
Є речовини, у яких під час відсутності зовнішнього магнітного поля магнітний момент атомів, а, отже, і намагніченість, дорівнюють нулю. Такі речовини називаються діамагнетиками. Якщо включити зовнішнє магнітне поле, то, відповідно до закону Ленца, на рух електронів в атомі буде накладатися рух (такий рух називають прецессией), яке буде породжувати магнітний момент (магнітне поле), спрямоване проти зовнішнього поля. Підкреслимо, що таке індуковане поле, що ослаблює зовнішнє поле, буде спостерігатися у всіх речовин, незалежно від того, чи мають атоми власний магнітний момент чи ні. Просто для діамагнетіков цей ефект проявляється в чистому вигляді (тому він і називається діамагнітним). Отже, можна дати двояке визначення діамагнетіков. З одного боку - це речовини, магнітні моменти атомів яких за відсутності зовнішнього магнітного поля дорівнюють нулю. З іншого боку - це речовини, які послаблюють зовнішнє магнітне поле.
Є ще один клас речовин, у яких під час відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти атомів не рівні нулю, але внаслідок теплового руху магнітні моменти атомів спрямовані хаотично, і намагніченість дорівнює нулю. Такі речовини називаються парамагнетиками. Зовнішнє магнітне поле робить ориентирующее вплив на магнітні моменти атомів, кожен з яких набуває складову магнітного моменту вздовж напрямку зовнішнього поля. Підкреслимо, що і парамагнетикам притаманний діамагнітний ефект, але визначальним його магнітні властивості є саме орієнтує дію зовнішнього магнітного поля на магнітні моменти атомів.