Номер 3, страница 193 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

3. Какова природа диамагнетизма, парамагнетизма и ферромагнетизма?

Диамагнетизм

Диамагнетизм — это свойство, присущее всем веществам без исключения. Однако это очень слабый эффект, который обычно маскируется более сильными видами магнетизма (парамагнетизмом или ферромагнетизмом), если они присутствуют. Природа диамагнетизма заключается в явлении электромагнитной индукции на атомном уровне.

В атомах диамагнитных веществ электроны движутся по замкнутым орбитам, и их магнитные моменты полностью скомпенсированы (суммарный магнитный момент атома равен нулю). Когда такое вещество помещается во внешнее магнитное поле, орбитальное движение электронов изменяется. Согласно правилу Ленца, в электронных орбитах возникают индукционные токи, которые создают собственное (наведенное) магнитное поле, направленное против внешнего поля.

Это приводит к тому, что диамагнитные вещества слабо выталкиваются из магнитного поля. Их магнитная проницаемость $\mu$ незначительно меньше единицы ($\mu < 1$), а магнитная восприимчивость $\chi$ отрицательна и очень мала по абсолютной величине. Примерами диамагнетиков являются вода, медь, золото, инертные газы.

Ответ: Природа диамагнетизма заключается в возникновении наведенного магнитного поля в атомах вещества под действием внешнего магнитного поля. Это наведенное поле всегда направлено против внешнего, что приводит к слабому отталкиванию вещества от магнита.

Парамагнетизм

Парамагнетизм наблюдается в веществах, атомы или молекулы которых обладают собственным, не скомпенсированным магнитным моментом. Это происходит из-за наличия неспаренных электронов, чьи спиновые и орбитальные моменты не уравновешивают друг друга.

В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных атомов из-за теплового движения ориентированы хаотично, поэтому суммарная намагниченность вещества равна нулю. При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле на атомные магнитные моменты начинает действовать сила, которая стремится сориентировать их вдоль линий поля. Тепловое движение препятствует этому упорядочиванию, поэтому полная ориентация не достигается.

В результате вещество намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним. Парамагнетики слабо втягиваются в магнитное поле. Их магнитная проницаемость $\mu$ немного больше единицы ($\mu > 1$), а магнитная восприимчивость $\chi$ положительна, но мала. Парамагнетизм сильно зависит от температуры: чем выше температура, тем сильнее тепловое движение мешает ориентации моментов и тем слабее магнитные свойства. Примерами парамагнетиков являются алюминий, платина, кислород, магний.

Ответ: Природа парамагнетизма связана с наличием у атомов собственных магнитных моментов, которые под действием внешнего поля частично ориентируются в направлении этого поля, вызывая слабое притяжение к магниту.

Ферромагнетизм

Ферромагнетизм — это наиболее сильный вид магнетизма. Как и у парамагнетиков, у атомов ферромагнетиков есть собственные магнитные моменты. Ключевое отличие заключается в наличии сильного квантово-механического (обменного) взаимодействия между соседними атомами.

Это взаимодействие заставляет магнитные моменты соседних атомов самопроизвольно выстраиваться параллельно друг другу, даже в отсутствие внешнего магнитного поля. В результате в кристалле образуются макроскопические области спонтанной намагниченности, называемые магнитными доменами. Внутри каждого домена все магнитные моменты атомов сонаправлены, и домен намагничен до насыщения.

В ненамагниченном образце ферромагнетика магнитные моменты доменов ориентированы хаотично, и их действие взаимно компенсируется. При внесении во внешнее магнитное поле происходит процесс намагничивания: домены, чьи моменты совпадают с направлением поля, увеличиваются в размерах за счет соседних, а также магнитные моменты целых доменов поворачиваются по направлению поля. Это приводит к очень сильному намагничиванию вещества.

Ферромагнетики способны сохранять намагниченность после снятия внешнего поля (остаточная намагниченность), что позволяет создавать из них постоянные магниты. Их магнитная проницаемость $\mu$ много больше единицы ($\mu \gg 1$). При нагревании выше определенной температуры (точки Кюри) обменное взаимодействие разрушается тепловым движением, и ферромагнетик становится парамагнетиком. Типичные ферромагнетики — железо, кобальт, никель и их сплавы.

Ответ: Природа ферромагнетизма обусловлена обменным взаимодействием, которое вызывает самопроизвольное параллельное упорядочение магнитных моментов атомов в макроскопических областях (доменах), что приводит к очень сильным магнитным свойствам и способности к остаточной намагниченности.