Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 6: Những tính chất từ của các chất

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 6: Những tính chất từ của các chất

1. Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi
2. Ch−¬ng 6 nh÷ng tÝnh chÊt tõ cña c¸c chÊt
3. Tính chấttừ thể hiện qua việc hút các vậtliệuFe r Khi nằmtrongtừ trường ngoàiB0 mọi chất đềubị từ hoávàtrongchúngcómột r từ trường phụ riêng hay véc tơ c.− từ B' => Từ trường tổng hợptrongchấtlà: r r r BBB= + ' NghÞch tõ ThuËn tõ r 0 B>B B 0 b b0 nhiÒu
4. 1. Bảnchấtcủatừ tính: Các điệntử quay quanh hạt - + nhân giống như một dòng điện i r tròn và gây ra momenr từ quÜ H PmL ®¹o cña ®iÖn tö PmL TÇn sè Dßng do ev quay cña v i= ef = f = ®iÖn tö ®iÖn tö 2π r 2π r M«men ®éng Momen từ quÜ r r P= i S l−îng:r ®¹o của điệntử mL dt L= rr × mr v ev evr P= iS = πr 2 = L=rmv mL dt 2π r 2
5. HÖ sè tõ c¬: r e PmL e r r r = − PmL= − L L 2 m 2 m •Cácđiệntử có spin vớisố lượng tử spin m ↑ hoặcm↓ các momen spin r e r s s P = − S tạoracácmomen từ spin quÜ ®¹o: mS m m ↑ - ms ↑ - s + + - H ms ↓ He C¬ häc l−îng tö cho thÊy: L = ( + 1) . M«men ®éng l−îng l l h M«men Spin S= s(s + h 1) .
6. h = H»ngsèPlanck h 2π Tổng hợp các momen từ cña ®iÖn tö r thành m«men từ của nguyên tử thø i Pami r P VÐct¬tõho¸= m«men r ∑ ami J J = ΔV tõ cña ®¬n vÞ thÓ tÝch ΔV r r r → VÐct¬tõho¸tổng c ộ ng J=LS J + J Dẫn đến tính chấttừ củacácchất D−íi t¸c dông cña r r r χm r J= χm H J= B0 tõ tr−êng ngoμi μ0 χm §é tõ ho¸
7. 2. Nghịch từ: χm <0 Khi trong từ trường các điệntử có phản ứng như hạt tích điện chuyển động trong từ trường và có thêm phầnchuyển động tuế sai eB Vậntốc góc Lamor ω = 0 L 2 m của điệntử chống lạitừ trường ngoàie (Nh− §L Lenz) dẫn đến tính chất nghịch từ củacácchất. Phần dòng tương ứng dòng PmL cảm ứng của nguyên tử - 2 1 e ZB0 ΔI = ( − eZL ) ω= − 2π 4π me
8. Momen từ cảm ứng nguyên tử 2 2 2 e ZB0 2 e ZB0 2 = ΔPI.SI.mCU = Δdt πρ = − ρ =r − 4 me 6 me = = = hoá của ρ = 2 + y =2 r ệu μ0J Trong đóJ m«men tõ một χm = đơnvị thể tích mẫu. B0 Nếumomentừ quĩđạo spin bằng không ( Trong trường hợp sốđiệntử luôn chẵn nh− tinh thể khí trơ He) thì n e2 Z χ = −0 μ 0 < m 6 m 0 Đây là nghịch từ lý tưởng. e
9. 3. Thuậntừ: Khi đặt trong từ trường ngoài, monen từ của mạch điệnvàtừ trường tương tác với nhau, năng lượng tương tác bằng: r r WP.Bm= −m VÐct¬tõho¸của nguyên tử r r r e P Pma=mL P + ;mS = ma − P μBB m μ ; =h 2 me B0=0, do tác động của nhiệt độ các momen từ nguyên tử có định hướng hỗnloạnvàtổng của chúng bằng 0. B0≠ 0, các mô men từ nguyên tử tương tác với từ trường ngoài như các mô men từ củacác dòng điện, tổng hợp các mô men từ khác không.
10. B0=0 B0≠ 0 Năng lượng tương tác: Trong từ trường các momen từ nguyên tử có 2 mứcnăng lượng ε = ±μ B B. Phân bố của chúng tuân theo hàm phân bố Boltzmann ở nhiệt độ T, Các hạt có momen từ thuậntheotừ trường: n n= exp(0 μBB . B k T ) Trong trường( hợp .μ BBB k T<< ) 1 n n≈ (0μ . B B B k T )