Что такого в металлах что одни реагируют на магнит, а другие нет?
Ответов: 3
Попробую ответить не "заумно" и без квантовой механики и заполнения энергетических уровней в атомах. Один электро в атоме - это маленький магнитик. Но атомов и электронов в них даже в небольшой крупинке вещества огромное множество. Поэтому их магнитики направлены разные стороны, так что они компенсируют магнетизм друг друга, и их общее магнитное действие равно нулю. Ну, как если бы множество крошечных стальных магнитиков сложили бы в большую кучу: при этом никакого большого сильного магнита не получится. Но у некоторых веществ (их называют ферромагнитными, от латинского названия железа ferrum) есть маленькие (видные в микроскоп) области, в которых все полюса атомных магнитиков смотрят в одну сторону. То есть их магнитное действие складывается. Такие области называются домЕнами. Эти домены расположены в массе железа хаотично, поэтому они компенсируют магнитное действие друг друга. То есть кусок чистого железа не притягивает другой кусок. Но если к куску чистого железа поднести магнит, то под его действием домены начинают выстраиваться так, что их магнитные полюса начинают смотреть более или менее в одну сторону. И чем сильнее внешний магнит, тем лучше выстраиваются эти маленькие магнитики, тем более сильным магнитом становится этот кусок железа. Но если внешний магнит убрать, то под действием теплового движения все домены снова становятся неупорядоченными, железо теряет свойства магнита. Если же намагнитить сталь, то в ней тепловое разрушение упорядоченных доменов затруднено. Поэтому их стали получаются постоянные магниты.
Коротко - упорядоченность магнитных моментов электронов атомов металла.
Теперь подробнее. Все вещества имеют атомы, состоящие из ядра (в свою очередь состоящие из протонов и нейтронов) и электронов, движущихся вокруг ядра по замкнутой орбите.
Суммарный вектор магнитных моментов электронов под воздействием внешнего магнитного поля определяет намагниченность вещества. Одной из основных характеристик, отражающих магнитные свойства, является магнитная восприимчивость.
У немагнитных материалов (диамагнетиков) магнитная восприимчивость отрицательная. То есть, магнитные домены разнонаправлены, и под воздействием магнитного поля не упорядочиваются.
А у металлов, которые реагируют на магнитное поле (ферромагнетиков) - магнитная восприимчивость положительная и имеет большие значения. То есть магнитные домены в магнитном поле упорядочиваются, и металл приобретает магнитные свойства. В зависимости от напряженности магнитного поля и свойств металла, он может оставаться намагниченным и после прекращения воздействия магнитного поля - суммарные магнитные моменты доменов остаются ориентированы в одном направлении.
Это "что такое" не только в металлах - есть и магнитная керамика (ферриты). Штука там в специфической структуре электронной оболочки атомов некоторых элементов, из которых железо самый яркий пример. Заполнение энергетических уровней электронами по мере роста заряда ядра, от водорода до чего-то там с трёхзначными номерами, идёт мало того что неравномерно, так ещё и "немонотонно". То есть с некоторого номера остаются незаполненными "нижние" уровни (d-уровни), а электроны поселяются на верхних (f-уровень). Но потом природа берёт своё, и снова начинают заполняться вакансии на d-уровне. И вот в такой ситуации в атомах некоторых элементов электронная оболочка приобретают собственный магнитный момент. Собстввенный магнитный момент есть у каждого отдельного электрона, но обычно он равномерно размазан по своим возможным направлениям или же компенсируется магнитным моментом других электронов того же уровня. Однако начиная с железа энергетически выгодным становится такое состояние, когда у одного или нескольких электронов из внутренних уровней (которые как раз и заполняются) магнитный момент остаётся нескомпенсированным. Вот эта особенность квантовой теории строения электронной оболочки атомов и создаёт ферромагнетизм.
На макроуровне такие атомы норовят объединяться в домены - области материала, в которой магнитные моменты всех атомов выстраиваются в более-менее одном направлении (спонтанная намагниченность). Внешнее магнитное поле заставляет домены ориентироваться одинаково, в результате чего весь кусок материала становится магнитом.
Похожие вопросы
Добавить комментарий