3. ΚΛΑΣΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΥ

Σχετικά έγγραφα
= η μαγνητική διαπερατότητα του κενού (=1 στο cgs)

Andre-Marie Ampère Γάλλος φυσικός Ανακάλυψε τον ηλεκτροµαγνητισµό. Ασχολήθηκε και µε τα µαθηµατικά.

2. Ιδιότητες Συναρτήσεων

ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΡΟΠΗ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΠΡΟΛΟΓΟΣ

1 IΔΑΝΙΚΑ ΑΕΡΙΑ 1.1 ΓΕΝΙΚΑ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΥΛΙΚΑ. Ενότητα 12: ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ ΛΙΤΣΑΡΔΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΗΜΜΥ

ΕΝΟΤΗΤΑ 1.2 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

Α Σ Κ Η Σ Η 2 ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΞΩΔΟΥΣ ΥΓΡΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

3. Παράγωγοι. f(χ) f(χ. χ χ. + χ χ. 2. Παρατηρήσεις f(χ0 h) f(χ 0) h Πολλές φορές το χ χ0. συμβολίζεται με Δx ενώ το f(χ0 h) f(χ

[6] Να επαληθευθεί η εξίσωση του Euler για (i) ιδανικό αέριο, (ii) πραγματικό αέριο

Οι ιδιότητες των αερίων και καταστατικές εξισώσεις. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

Φυσική για Μηχανικούς

3 η Εργαστηριακή Άσκηση

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

8. ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Φυσική ΙΙ Δ. Κουζούδης. Πρόβλημα 8.6.

1. Συναρτήσεις. R όπου για κάθε χ Α, υπάρχει ένα μόνο y Β

Θεωρητική Εξέταση. Τρίτη, 15 Ιουλίου /3

Φυσική για Μηχανικούς

P(n 1, n 2... n k ) = n 1!n 2! n k! pn1 1 pn2 2 pn k. P(N L, N R ) = N! N L!N R! pn L. q N R. n! r!(n r)! pr q n r, n! r 1!r 2! r k!

ΜΟΡΙΑΚΟΙ ΜΑΓΝΗΤΕΣ. Γιάννης Σανάκης, ρ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΛΙΚΩΝ ΕΚΕΦΕ «ΗΜΟΚΡΙΤΟΣ»

1 O ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΠΑΤΡΑΣ 2015 ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΨΩΜΑΘΙΑΝΟΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. ΜΕΡΟΣ 1ο ΑΛΓΕΒΡΑ

Μικροοικονομική. Θεωρία Συμπεριφοράς Καταναλωτή

Η αρνητική φορά του άξονα z είναι προς τη σελίδα. Για να βρούμε το μέτρο του Β χρησιμοποιούμε την Εξ. (2.3). Στο σημείο Ρ 1 ισχύει

ηλεκτρικό ρεύμα ampere

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

(α) 1. (β) Το σύστημα βρίσκεται υπό διαφορά δυναμικού 12 V: U ολ = 1 2 C ολ(δv) 2 = J.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΑΠΟ ΤΗΝ Α ΚΑΙ Β ΛΥΚΕΙΟΥ. Από τη Φυσική της Α' Λυκείου

ΛΤΕΙ ΣΩΝ ΑΚΗΕΩΝ ΜΕ ΣΟΝ ΟΡΙΜΟ ΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΟΤ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική. Απόκλιση από την Ιδανική Συμπεριφορά Θερμοδυναμική ισορροπία Καταστατικές εξισώσεις

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: Αναπαραστάσεις Πεπερασμένων Ομάδων Ι

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

Σφαιρικές συντεταγμένες (r, θ, φ).

kg(χιλιόγραμμο) s(δευτερόλεπτο) Ένταση ηλεκτρικού πεδίου Α(Αμπέρ) Ένταση φωτεινής πηγής cd (καντέλα) Ποσότητα χημικής ουσίας mole(μόλ)

Στην πράξη βρίσκουμε το Ν Α [το P (A)] όχι με παρατηρήσεις, αλλά με τη χρήση της λογικής (π.χ. ζάρι) ή της Φυσικής (π.χ. όγκος)

ηλεκτρικό ρεύµα ampere

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 4ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διπλά Ολοκληρώματα Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Κεφάλαιο 2: Διανυσματικός λογισμός συστήματα αναφοράς

P 1 V 1 = σταθ. P 2 V 2 = σταθ.

ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΙΕΥΘΥΝΣΗ ΑΝΩΤΕΡΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΑΤΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΥΠΗΡΕΣΙΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΠΑΓΚΥΠΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2011

ds ds ds = τ b k t (3)

Κεφάλαιο Η8. Πηγές µαγνητικού πεδίου

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ

Λύσεις στο επαναληπτικό διαγώνισμα 3

Το πεδίο Η στον σίδηρο εάν η μαγνήτιση είναι ομοιόμορφη είναι. Η μαγνήτιση Μ= m/v, όπου m είναι η μαγνητική ροπή και V ο όγκος του κυλίνδρου

Αγωγιμότητα στα μέταλλα

Προηγμένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

ΜΑΝΩΛΗ ΡΙΤΣΑ ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. Τράπεζα θεμάτων. Β Θέμα ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΑΕΡΙΩΝ

Α και Β ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΚΕΝΤΡΟ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΑΤΤΙΚΗΣ

1.1. Διαφορική Εξίσωση και λύση αυτής

Συμπίεση Δεδομένων

Στοιχειομετρικοί Υπολογισμοί στη Χημεία

Σφαίρα σε ράγες: Η συνάρτηση Lagrange. Ν. Παναγιωτίδης

Spin του πυρήνα Μαγνητική διπολική ροπή Ηλεκτρική τετραπολική ροπή. Τάσος Λιόλιος Μάθημα Πυρηνικής Φυσικής

ΔΗΜΟΣΘΕΝΕΙΟ ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΠΑΙΑΝΙΑΣ. ΟΡΙΟ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΣΤΟ xo ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΟΡΟΥ ( x. 2 lim χ + χ 5χ. χ 5χ+ lim. χ χ. lim.

Επιχειρησιακά Μαθηματικά

(10) Ποιες από τις παρακάτω ισορροπίες είναι ομογενείς και ποιες ετερογενείς;

ΔΕΙΓΜΑ ΠΡΙΝ ΤΙΣ ΔΙΟΡΘΩΣΕΙΣ - ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΙΤΙΚΗ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ (ΚΕΦ 28)

Μαθηματικά Α' Γυμ. - Ερωτήσεις Θεωρίας 1 ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ. (1) Ποιοι είναι οι φυσικοί αριθμοί; Γράψε τέσσερα παραδείγματα.

 = 1 A A = A A. A A + A2 y. A = (A x, A y ) = A x î + A y ĵ. z A. 2 A + A2 z

Θεωρία και Μεθοδολογία

Ο Πυρήνας του Ατόμου

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 11 η : Χημική ισορροπία. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 6: Πηγές μαγνητικού πεδίου. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΥΤΕΡΟ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ

Μαγνητικά Υλικά. Κρίμπαλης Σπύρος

Το σύστημα των μη αλληλεπιδραστικών ροών και η σημασία του στην ερμηνεία των ιδιοτήτων των ιδανικών αερίων.

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ

Κανόνας της αλυσίδας. J ανοικτά διαστήματα) ώστε ( ), ( ) ( ) ( ) fog ' x = f ' g x g ' x, x I (2)

Θέµα: Εισοδηµατικός περιορισµός

ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΘΕΩΡΙΑ


B ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ. Ημερομηνία: Τετάρτη 12 Απριλίου 2017 Διάρκεια Εξέτασης: 3 ώρες ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

Κλασική Hλεκτροδυναμική

Κεφάλαιο 1 o Εξισώσεις - Ανισώσεις

μ B = A m 2, N=

ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΤΟΥ ΘΕΩΡΗΜΑΤΟΣ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ

Εργασία 2. Παράδοση 20/1/08 Οι ασκήσεις είναι βαθμολογικά ισοδύναμες

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Μαθηματική Εισαγωγή Συναρτήσεις

Απαντησεις στις ερωτησεις της εξετασης της 24 ης Ιουνιου 2005

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ

( ) ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ ΟΡΙΑ 2 = ΜΑΘΗΜΑ : ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΛΥΚΕΙΟ ΑΓΙΑΣ ΦΥΛΑΞΕΩΣ ΤΑΞΗ : Β Λυκείου κατ. 1) Να βρεθεί το Π.Ο.

Φυσική Θετικών Σπουδών Γ τάξη Ενιαίου Λυκείου 2 0 Κεφάλαιο

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΤΥΠΟΥ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Κάθε φορά, που νιώθουμε τρελή λαχτάρα να μιλήσουμε για ευθείες, φανταζόμαστε εξισώσεις της παρακάτω μορφής : y = αx + β

1. Η Μοριακή εξίσωσις Schrödinger και η προσέγγισις Born-Oppenheimer

δίου ορισμού, μέσου του τύπου εξαρτημένης μεταβλητής του πεδίου τιμών που λέγεται εικόνα της f για x α f α.

ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

ΝΟΜΟΙ ΑΕΡΙΩΝ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Κεφάλαιο 10. Μαγνητικές ιδιότητες υλικών

Transcript:

. ΚΛΑΣΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΥ Οι πρώτες συστηματικές μετρήσεις της επιδεκτικότητας σε μεγάλο αριθμό ουσιών και σε μεγάλη περιοή θερμοκρασιών έγιναν από τον Curie το 895. Τα αποτελέσματά του έδειξαν ότι η μαγνητική επιδεκτικότητα μάζας, m, είναι ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία για τις διαμαγνητικές ουσίες, ενώ μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα προς τη θερμοκρασία για τις παραμαγνητικές: C m (.) Η σέση αυτή λέγεται νόμος του Curie και η σταθερά C, σταθερά του Curie ανά γραμμάριο. Αργότερα αποδείτηκε ότι ο νόμος Curie ήταν μια μερική περίπτωση ενός πιο γενικού νόμου, ο οποίος εκφράζεται από τη σέση C m (.) θ και ο οποίος ονομάστηκε νόμος των Curie Weiss. Η J στον τύπο αυτό είναι σταθερή, με διαστάσεις θερμοκρασίας, και ίση με μηδέν για όποιες ουσίες ακολουθούν τον νόμο Curie. Ο Langevin το 95 ανάπτυξε τη θεωρία του διαμαγνητισμού και του παραμαγνητισμού. Ο Langevin υπέθεσε ότι ένα παραμαγνητικό αέριο αποτελείται από άτομα ή μόρια που το καθένα τους έει την ίδια μαγνητική ροπή, μ. Η ροπή αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι οι ροπές spin και τροιάς ενός ατόμου ή μορίου δεν αλληλοεξουδετερώνονται πλήρως. Όταν στο υλικό δεν επιδρά εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, οι ατομικές αυτές ροπές έουν τυαίες διευθύνσεις, με αποτέλεσμα η συνισταμένη ροπή να είναι μηδέν. Το υλικό εμφανίζεται μη μαγνητισμένο. Όταν όμως επιδράσει εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, οι ατομικές ροπές έουν την τάση να προσανατολίζονται παράλληλα προς αυτό. Αν φυσικά δεν υπήραν αντιτιθέμενες δυνάμεις, θα γινόταν πλήρης ο προσανατολισμός των ατομικών μαγνητικών ροπών και το δείγμα θα αποκτούσε πολύ μεγάλη συνισταμένη μαγνητική ροπή. Η θερμική κίνηση των ατόμων όμως τείνει να διατηρήσει τον τυαίο προσανατολισμό των ατομικών ροπών και δεν επιτρέπει τον πλήρη προσανατολισμό τους, με αποτέλεσμα τον μερικό προσανατολισμό τους και την εμφάνιση μικρής θετικής μαγνητικής επιδεκτικότητας. Η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί αύξηση της θερμικής κίνησης, δηλαδή αύξηση της τυαίας κατανομής των ατομικών ροπών, και συνεπώς μείωση της επιδεκτικότητας. Στη συνέεια θα αναφέρουμε την ποσοτική ανάλυση του παραμαγνητισμού κι αυτό όι γιατί τα υλικά αυτά έουν ιδιαίτερη σημασία αλλά γιατί η θεωρία αυτή οδηγεί αβίαστα στη θεωρία του σιδηρομαγνητισμού, ο οποίος έει μεγάλο πρακτικό ενδιαφέρον. Ας θεωρήσουμε ένα μοναδιαίο όγκο παραμαγνητικού υλικού ο οποίος περιέει n άτομα. Οι μαγνητικές ροπές μ των ατόμων αυτών συμβολίζονται με διανύσματα, τα οποία υποθέτουμε ότι ολισθαίνουν κι έουν σαν αρή τους το κέντρο μιας νοητής σφαίρας με ακτίνα ίση με τη μονάδα. Θέλουμε να υπολογίσουμε τον αριθμό dn των ροπών των οποίων οι διευθύνσεις σηματίζουν γωνία με το εξωτερικό πεδίο H, της οποίας η τιμή είναι μεταξύ J και J+dJ. Στην περίπτωση που δεν υπάρει εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, ο αριθμός των διανυσμάτων των μαγνητικών ροπών, που διέρονται από τη μονάδα εμβαδού της σφαίρας, θα είναι ο ίδιος σε κάθε σημείο της επιφάνειας, ο δε αριθμός dn θα είναι ανάλογος του εμβαδού da:

da π sinϑdϑ (.) Όταν όμως επιδράσει ένα εξωτερικό πεδίο, τα διανύσματα μ μετατοπίζονται όλα προς τη διεύθυνση του εξωτερικού αυτού πεδίου. Κάθε ατομική ροπή έει δυναμική ενέργεια που δίνεται από τη γνωστή σέση E μh cosϑ (.4) Σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας, στη θερμοκρασία, η πιθανότητα ένα άτομο να έει e ενέργεια Ε είναι ανάλογη προς τον συντελεστή, όπου k η σταθερά Boltzmann. Ο αριθμός των μαγνητικών ροπών επομένως, των οποίων η διεύθυνση είναι μεταξύ J και J+dJ θα είναι: E k dn KdAe E k πke μh cosθ k sinθdθ (.5) όπου Κ είναι σταθερά αναλογίας, που προσδιορίζεται από τη συνθήκη n dn n (.6) Αν για απλούστευση θέσουμε: μb a (.7) k η σέση (.6) γίνεται: π α cos ϑ πk e sin ϑ dϑ n (.8) Η συνολική μαγνητική ροπή κατά τη διεύθυνση του εξωτερικού πεδίου την οποία αποκτά η μονάδα του όγκου, δηλαδή η μαγνήτιση Μ, βρίσκεται αν πολλαπλασιαστεί ο αριθμός των ατόμων dn επί τον συντελεστή μcosj και ολοκληρωθεί η παράσταση μεταξύ και n. n z μ cosϑdn (.9) Τελικά θα έουμε π α cosϑ e sinθ cosϑdθ π α cosϑ πkμ e sinθ cosϑdθ nμ π (.) α cosϑ e sinθdθ

Για τον υπολογισμό του ολοκληρώματος αυτού κάνουμε την ακόλουθη αντικατάσταση: x cosj, dx - sinjdj, οπότε αx nμ e xdx nμ(cothα ) αx α e dx (.) Το γινόμενο ημ παριστάνει τη μέγιστη δυνατή μαγνήτιση του υλικού και αντιστοιεί στον τέλειο παραλληλισμό όλων των μαγνητικών ροπών προς τη διεύθυνση του εξωτερικού πεδίου. Η κατάσταση αυτή αντιστοιεί φυσικά στην κατάσταση πλήρους κορεσμού. Αν θέσουμε λοιπόν ημ Μ η παραπάνω σέση (.) γράφεται: cothα L( α) (.) α Η συνάρτηση του δεξιού μέλους της (.) λέγεται συνάρτηση Langevin, L(a). Αν αναπτυθεί σε σειρά γράφεται: 5 α α α L ( α) +... (.) 45 945 Στο επόμενο σήμα,., φαίνεται η καμπύλη που αντιστοιεί στη συνάρτηση Langevin. Η συνάρτηση για μεγάλα α τείνει προς τη μονάδα και για μικρά α έει κλίση /. Για πολύ μικρές τιμές του α, α.5, η συνάρτηση πρακτικά παριστάνει ευθεία. Σήμα.: Γραφική παράσταση της συνάρτησης Langevin

Η θεωρία Langevin καταλήγει στα ακόλουθα συμπεράσματα:. Κορεσμός του υλικού θα παρουσιάζεται για α μη/k αρκετά μεγάλα. Το συμπέρασμα αυτό είναι αρκετά λογικό, γιατί για μεγάλα Η, η μικρά, ή και για τα δύο μαζί, η εξωτερική επίδραση του πεδίου υπερνικά την αταξία που προκαλεί η θερμική κίνηση.. Για μικρή α, η μαγνήτιση είναι γραμμική συνάρτηση της Η, όπως και πειραματικά αποδεικνύεται. Από τη θεωρία Langevin μπορούμε να καταλήξουμε στο νόμο του Curie. Για μικρές τιμές του α, η συνάρτηση Langevin και η σέση (.) γίνεται L(α) α/ α nμα nμ H L( α ) (.4) k Άρα nμ V (CGS) H k μ nμ μ V (SI) B k V nμ ρ ρ ρh (CGS) ρk V μ nμ μ ρ ρ ρb (SI) ρk (.5) όπου ρ η πυκνότητα. Nρ Έουμε όμως n, όπου Ν ο αριθμός Avogadro (άτομα/mole), και Α το ατομικό βάρος. A συνεπώς η (.5) γίνεται N ρ μ C emu V, [ ](CGS), H A k cm Oe μ Nρ μ μ C V, B A k [αδιάστατο, SI] V N μ C emu ρ, [ ] (CGS), ρ A k gr Oe μ N C μ μ ρ ρb Ak m ρ [ Kgr ] (SI) (.6) 4

όπου C η σταθερά Curie ανά γραμμάριο, ίση με: Nμ C Ak (.7) Από τη σέση (.7) μπορούμε να υπολογίσουμε τη συνολική μαγνητική ροπή μ ανά άτομο. ρ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Το οξυγόνο είναι παραμαγνητικό, η δε μαγνητική του επιδεκτικότητα στους ο C είναι.8* 4 emu.6 * gr Oe 6 m. Αν Μ είναι το μοριακό βάρος του οξυγόνου, από τη Kgr σέση.6 (αντί του ατομικού βάρους θεωρούμε το μοριακό) λύνοντας ως προς μ, θα έουμε: μ 6 4 Ak ρ ()(gr / mole)(.8* erg / K)(9K)(.8* emu / gr / Oe).64* emu N 6.* μορια / mole ανά μόριο ή στο SI μ ανά μόριο. 6 Ak ρ ()(.Kgr / mole)(.8* J / K)(9K)(.6* m / Kgr).64* 7 Nμ (6.* μορια / mole)(4π * * m / A) και διαιρώντας με την μαγνητόνη Bohr, έουμε: J.64 * erg / Oe μ.85μ / μοριο B 9.7 * erg / Oe Σε θερμοκρασίες δωματίου, ακόμα και για ισυρά πεδία, ο παράλληλος προσανατολισμός των ροπών με την επίδραση του εξωτερικού πεδίου είναι πολύ μικρός εξαιτίας της θερμικής κίνησης. Στην περίπτωση του οξυγόνου υπάρουν Ν/ μόρια οξυγόνου ανά γραμμάριο, καθένα από τα οποία έει μαγνητική ροπή ίση με,64 x - emu. Αν υπήρε πλήρης προσανατολισμός, η ειδική μαγνήτιση του οξυγόνου θα ήταν, σ (6,x /) (,64x - ) 497 emu gr - (CGS), σ (6,x /.) (,64x - ) 497 Am /Kgr (SI), 5

Η μαγνήτιση όμως που αποκτά το οξυγόνο υπό την επίδραση εξωτερικού πεδίου Η Οe() είναι: 4 emu 5 emu σ (.8* )( Oe).8 (CGS) gr Oe gr 7 6 m 6 A* m A* m σ (.6* )( ) (.6* * )( ).8 (SI) Kgr 4π Kgr * Kgr που αποτελεί το % της τιμής κόρου. Στην ανάπτυξη της θεωρίας του διαμαγνητισμού δεν έγινε καμμία υπόθεση για το αν ο διαμαγνητισμός εμφανίζεται σε άτομα που έουν ή όι μαγνητική ροπή. Και πράγματι ο διαμαγνητισμός εμφανίζεται σε όλα τα άτομα. Πρέπει λοιπόν να αφαιρέσουμε τη διαμαγνητική συμβολή από τον τύπο του παραμαγνητισμού. Η διόρθωση αυτή είναι συνήθως μικρή (.5-6 emu gr - Oe - ) και μπορεί να παραλειφθεί σε σύγκριση με τον παραμαγνητικό όρο. Η θεωρία Langevin βασίζεται όμως στην υπόθεση ότι δεν υπάρει αλληλεπίδραση των ατόμων μεταξύ τους, και ότι αυτά επηρεάζονται μόνο από το εξωτερικό πεδίο και τη θερμική κίνηση. Παρ όλα αυτά πολλές παραμαγνητικές ουσίες δεν ακολουθούν τον νόμο αυτό, αλλά τον γενικότερο νόμο των Curie Weiss. C ρ ϑ (.8) Το 97 ο Weiss εξήγησε τη συμπεριφορά αυτή με την υπόθεση ότι οι ροπές των ατόμων αλληλεπιδρούν και υπόδειξε ότι η αλληλεπίδραση αυτή των στοιειωδών ροπών θα μπορούσε να εκφραστεί σαν συνάρτηση ενός εσωτερικού πεδίου που το ονόμασε «μοριακό πεδίο Η m». Το μοριακό αυτό πεδίο θεωρήθηκε ότι οφείλεται στη μαγνήτιση του περιβάλλοντος υλικού. Ο Weiss υπέθεσε ότι η ένταση του μοριακού πεδίου είναι ανάλογη προς τη μαγνήτιση: H m γ (.9) Ο συντελεστής γ ονομάζεται σταθερά του μοριακού πεδίου. Το συνολικό λοιπόν πεδίο που επιδρά στο υλικό είναι, κατά τον Weiss, H H + (.) t H m Σύμφωνα με τη θεωρία του Weiss ο νόμος Curie γράφεται: C ρ ρh ρ( H + (.) γ ) 6

Λύνοντας ως προς Μ προκύπτει ρch (.) ρcγ Άρα ρ ρh C C ρcγ ϑ (.) Η σταθερά JρCg λοιπόν αποτελεί μέτρο της ισύος της αλληλεπίδρασης, μια και είναι ανάλογη προς τη σταθερά του μοριακού πεδίου γ. Για υλικά που ακολουθούν τον νόμο Curie, Jg. Στο σήμα. εικονίζεται η μεταβολή της μαγνητικής επιδεκτικότητας ρ σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία για τα παρα και δια μαγνητικά υλικά. Σήμα.: Μεταβολή της μαγνητικής επιδεκτικότητας μάζας, σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία για παρα και διαμαγνητικά υλικά. Πολλές παραμαγνητικές ουσίες έουν πολύ μικρές θερμοκρασίες J, της τάξης των Κ. Θετική θερμοκρασία J, όπως φαίνεται στο σήμα., σημαίνει ότι το μοριακό πεδίο υποβοηθεί το εξωτερικό πεδίο, και τείνει να κάνει τις στοιειώδεις μαγνητικές ροπές παράλληλες προς το εξωτερικό πεδίο. 7

Σήμα.: Μεταβολή του αντιστρόφου της μαγνητικής επιδεκτικότητας σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία για διάφορες ουσίες. Αν η J είναι αρνητική σημαίνει ότι το μοριακό πεδίο αντιδρά στο εξωτερικό πεδίο και τείνει να μειώσει τη μαγνητική επιδεκτικότητα. Ας σημειωθεί ότι το μοριακό πεδίο δεν είναι ένα πραγματικό πεδίο, αλλά μια δύναμη μάλλον που τείνει να προσανατολίσει τις ατομικές ή μοριακές ροπές, η δε ισύς της δύναμης αυτής εξαρτάται από το ποσοστό ευθυγράμμισης που έει ήδη επιτευθεί, εφόσον το μοριακό πεδίο είναι ανάλογο προς τη μαγνήτιση. 8