Đường kính và thuận từ

19

Đường kính và tham số

Như đã biết, cảm ứng từ trường trong một chất có thể được nghe thấy hoặc suy yếu so với chân không. Trong trường hợp đầu tiên, chất này được gọi là tham số, trong trường hợp thứ hai - diamagnet.*) Lý do cho tính thuận và nghịch từ là gì?

Tóm lại, bản chất của tham số có thể được giải thích như sau. Trong nguyên tử (hoặc phân tử), các electron chuyển động theo những quỹ đạo khép kín (quỹ đạo). Những chấm điện nhỏ này, được gọi là chấm phân tử, tạo ra từ trường. Trong trường hợp không có từ trường bên ngoài, do chuyển động nhiệt của các nguyên tử, các mặt phẳng quỹ đạo được định hướng ngẫu nhiên, do đó cảm ứng từ trường của chính nó do tất cả các nguyên tử tạo ra tính trung bình là bằng không.

Khi một chất được đặt trong từ trường ngoài, các mặt phẳng quỹ đạo của electron (giống như khung có dòng điện) quay một phần sao cho vectơ cảm ứng của trường tạo ra cộng vào vectơ cảm ứng của trường ngoài. Kết quả là tổng cảm ứng từ lớn hơn cảm ứng của từ trường bên ngoài.

Thời kỳ nghịch từ phức tạp hơn. Để hiểu được, chúng ta hãy nhớ lại hiện tượng cảm ứng điện từ (Vật lý 9, § 92, 93). Khi từ thông thay đổi trong mạch điện sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch điện. Theo định luật Lenz, dòng điện này có hướng sao cho từ trường mà nó tạo ra làm thay đổi từ thông. Trong một mạch không có điện trở, ví dụ như trong một mạch siêu dẫn hoặc trong một “mạch” được hình thành bởi một electron chuyển động trên quỹ đạo của nó trong nguyên tử, dòng điện cảm ứng không bị phân rã. Nó tồn tại miễn là có từ trường bên ngoài tồn tại. Từ trường của dòng điện cảm ứng có hướng ngược chiều với từ trường bên ngoài nên tổng cảm ứng từ trong chất đó giảm đi.

Mỗi chất thể hiện cả hai tác dụng. Một mặt, từ trường bên ngoài định hướng quỹ đạo của các electron và hiệu ứng tổng thể của điều này bị giảm đi. Mặt khác, nó làm thay đổi tốc độ của các electron trong quỹ đạo của chúng và tác động tổng thể của điều này, theo định luật cảm ứng điện từ, bị suy yếu.

Sự giảm từ trường thường rất nhỏ, và do đó hiện tượng nghịch từ chỉ xuất hiện ở những chất mà nguyên tử của chúng không tạo ra từ trường riêng (và do đó, không có hiệu suất tham số).

Nguyên tử nghịch từ đơn giản nhất có thể được hình dung như sau: hai electron quay quanh hạt nhân theo cùng một quỹ đạo nhưng ngược chiều nhau. Trong trường hợp này, từ trường do các electron tạo ra bù trừ lẫn nhau và sự quay của mặt phẳng quỹ đạo không dẫn đến sự giảm từ trường. Nhưng hiệu quả nghịch từ được thể hiện đầy đủ. Chúng ta hãy xem xét nó chi tiết hơn.

Cho mỗi electron trong nguyên tử, khi không có từ trường ngoài, chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính $R$ với tốc độ $v_0$. Khi từ trường được bật lên sẽ xuất hiện một điện trường làm thay đổi tốc độ của electron. Giả sử bây giờ là $v$. Nếu chúng ta giả sử rằng vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$ vuông góc với mặt phẳng quỹ đạo, thì lực Lorentz, có độ lớn bằng $F_{\vec{L}}evB$, tác dụng lên electron ở trạng thái từ trường.

Hãy viết định luật II Newton về chuyển động của một electron trên quỹ đạo trước và sau khi bật sàn từ