marta_inj (marta_inj) wrote,
marta_inj
marta_inj

Category:

Парамагнетики, диамагнетики




Когда-то это видео произвело на меня большое впечатление.
Захотелось разобраться, почему так происходит.



"...магнитные свойства вещества определяются магнитными моментами его атомов, а магнитный момент атома слагается из орбитальных и собственных спиновых магнитных моментов, входящих в его состав электронов.
У атомов некоторых веществ векторная сумма орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов равна нулю, т.е. магнитный момент всего атома равен нулю, При помещении таких веществ в магнитное поле парамагнитный эффект, естественно, возникнуть не может, так как он возникает только за счет ориентации магнитных моментов атомов в магнитном поле, здесь же их нет.
А вот прецессия электронных орбит во внешнем поле, обуславливающая диамагнитный эффект, возникает всегда, поэтому диамагнитный эффект возникает у всех веществ при помещении их в магнитное поле.
Таким образом, если магнитный момент атома (молекулы) вещества равен нулю (за счет взаимной компенсации магнитных моментов электронов), то при помещении такого вещества в магнитное поле в нем будет возникать только диамагнитный эффект. При этом собственное магнитное поле магнетика направлено противоположно внешнему полю и ослабляет его. Такие вещества называют диамагнетиками."
"Диамагнетиками называются вещества, у которых в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов равны нулю.
Диамагнетики во внешнем магнитном поле намагничиваются против направления внешнего поля и ослабляют его"
"Парамагнетики - это вещества, у которых в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов отличны от нуля.
Парамагнетики во внешнем магнитном поле намагничиваются по направлению внешнего поля и усиливают его."
"Согласно современным представлениям, магнитные свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами (спинами) электронов; ферромагнетиками могут быть только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с некомпенсированными спинами. При этом возникают силы, вынуждающие спиновые магнитные моменты электронов ориентироваться параллельно друг другу. Эти силы называются силами обменного взаимодействия, они имеют квантовую природу и обусловлены волновыми свойствами электронов.
"

Непонятно, откуда берутся те самые суммы векторов, не равные нулю. Кто-то говорит о неспаренных электронах, которые за счет неуравновешенного спина дают ненулевую сумму векторов и даже ларморовскую прецессию. Однако у кальция и цинка все электроны спаренные, при этом кальций - парамагнетик, а цинк - диамагнетик. А галлий с неспаренным электроном - диамагнетик. Как так получается?
Да и с электронами и орбиталями далеко не все ясно. Где там векторы, которые можно складывать?

То́чка Нее́ля — антиферромагнитная точка Кюри, температура, выше которой антиферромагнетик теряет свои специфические магнитные свойства и превращается в парамагнетик (фазовый переход II рода). Вблизи точки Нееля достигают максимального значения аномалии немагнитных свойств антиферромагнетиков (теплоёмкости, коэффициент теплового расширения, температурного коэффициента электропроводности и т. д.)

При нагревании магнитные свойства вещества меняются, не говорит ли это о том, что связывать их с орбиталями электронов не приходится? Или орбитали меняются от тепла?

Фазовые переходы второго рода — фазовые переходы, при которых вторые производные термодинамических потенциалов по давлению и температуре изменяются скачкообразно, тогда как их первые производные изменяются постепенно. Отсюда следует, в частности, что энергия и объём вещества при фазовом переходе второго рода не изменяются, но изменяются его теплоёмкость, сжимаемость, различные восприимчивости и т. д.

Теория среднего поля – самый первый и простейший способ теоретического описания критических явлений. Для этого производится линеаризация многочастичного гамильтониана взаимодействия, то есть фактически, он заменяется на одночастичный гамильтониан с некоторым эффективным самосогласованным полем. Таким образом мы переходим от близкодействия к дальнодействию, то есть к взаимодействию с формально бесконечным радиусом. Также мы пренебрегаем корреляционными эффектами.


Здесь тоже вряд ли кто-то чего-то сможет понять.
Переназывание как оно есть: сначала вещество назовем парагмагнетиком, потом тех, кто заинтересуется, с чего это у парамагнетиков парамагнитные свойства, шандарахнем по голове «фазовым переходом второго рода», а потом и вовсе пошлем на «многочастичный гамильтониан взаимодействия».

Но дальше еще лучше: «Критические показатели, полученные в теории среднего поля, плохо согласуются с экспериментальными значениями.»
«Флуктуационная теория фазовых переходов второго рода работает вне области применимости теории Ландау и находит критические показатели и общие закономерности фазовых переходов второго рода. В этой теории аномальное поведение физических величин вблизи точки фазового перехода связывается с сильным взаимодействием флуктуаций параметра порядка, радиус корреляции которых неограниченно растёт и обращается в бесконечность в самой точке фазового перехода.»

Что такое радиус корреляции? Это расстояние (по времени или в пространстве) , в пределах которого значения функции ещё в среднем зависят друг от друга.

В точке фазового перехода второго рода все становится связанным со всем?

Примеры фазовых переходов второго рода
• переход парамагнетик-ферромагнетик или парамагнетик-антиферромагнетик (параметр порядка — намагниченность),
• переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости (параметр порядка — плотность сверхпроводящего конденсата),
• переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние (п.п. — плотность сверхтекучей компоненты).
Однако в квантово-механической системе происходят квантовые флуктуации, которые и ответственны за фазовый переход. Таким образом, квантовые флуктуации могут переводить систему в другую фазу….Часто причины возникновения квантовых фазовых переходов остаются пока неясными.


Таким образом, в очередной раз поиск начался с парамагнитных свойств, довел до квантовомеханических переходов и там благополучно утонул
Tags: Вопросы к науке
Subscribe

  • Коррозия: пузырьки и колечки

    Началось все вот с этого видео: Это вроде бы классический опыт, но некоторые вещи я увидела впервые, так что захотелось изучить их поподробнее.…

  • Странности самолетов

    Таки да, плоскоземельщики правы, маршруты самолетов построены очень странно для шарообразной земли и очень естественно для плоской земли. С…

  • Игольчатый лёд

    А у нас есть какое-нибудь официальное объяснение, почему тающий лед в водоемах формирует такие вот вертикальные "иглы"?

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 7 comments