Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (МА)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 155 страниц)
Магматизм
Магмати'зм, процессы выплавления магмы , её дальнейшего развития, перемещения, взаимодействия с твёрдыми породами и застывания. М. как одно из важнейших проявлений глубинной активности Земли прямо или опосредственно связан с её развитием, её тепловой историей и тектонической эволюцией. С изменением характера тектоники изменяется и тип М., который в зависимости от геологической истории и приуроченности к той или иной структуре земной коры подразделяется на геосинклинальный, платформенный, океанический, М. областей активизации. По глубине проявления (условий застывания магмы) различают М. абиссальный, гипабиссальный, субвулканический, поверхностный (вулканизм ), а по составу – ультраосновной, основной, кислый, щелочной. Некоторые специалисты считают, что особенно интенсивно процессы М. протекают в геосинклинальный период развития складчатых областей и связывают отдельные формы его проявления с определёнными этапами развития геосинклинали . В современную геологическую эпоху М. особенно развит в пределах Тихоокеанского геосинклинального пояса , срединноокеанических хребтов , рифтовых зон Африки и Средиземноморья и др. С М. связано образование большого количества разнообразных месторождений полезных ископаемых .
Магматические горные породы
Магмати'ческие го'рные поро'ды , изверженные горные породы, горные породы , образовавшиеся из расплавленной магмы при её застывании и кристаллизации. По условиям застывания среди М. г. п. различают два основных типа: эффузивные (вулканические, излившиеся), застывшие на дневной поверхности в результате излияния магмы в виде лавы при вулканических извержениях, и интрузивные (глубинные), застывшие в толще земной коры среди других горных пород. Эффузивные горные породы вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники (см. Порфировая структура ). Интрузивные горные породы , застывающие медленно в глубинах земной коры, обладают полнокристаллической, более крупнозернистой структурой (см. Структура горных пород ).
М. г. п. обычно сложены силикатами. Их главной составной частью является кремнезём (SiO2 ), по содержанию которого М. г. п. разделяются на ультраосновные (SiO2 < 40%), основные (40—56%), средние (56—65%), кислые (65—70%) и ультракислые (> 75%). М. г. п., не содержащие силикаты (например, карбонатиты), очень редки. Соответственно изменяется состав минералов в выделенных группах М. г. п. Ультраосновные породы (пироксениты, дуниты, оливины) сложены только оливинами и пироксенами, в основных (габбро, базальты) к ним присоединяется кальциевый плагиоклаз. В кислых породах (граниты, липариты, дациты) уменьшается содержание магнезиально-железистых и кальциевых силикатов и появляются щелочные полевые шпаты и кварц. К средним породам относятся главным образом полевошпатовые породы с небольшой примесью железо-магнезиальных минералов (диориты, андезиты).
В зависимости от содержания щелочей в каждой группе М. г. п. выделяют породы нормального и щелочного ряда (щелочные граниты, нефелиновые сиениты, фонолиты). В последних появляются щелочные силикаты (эгирины, щелочные амфиболы, фельдшпатоиды).
С различными типами М. г. п. связаны и различные полезные ископаемые. Например, с кислыми М. г. п. – олово, вольфрам, золото; с основными – титаномагнетит, медь; с ультраосновными – хром, платина, никель и т.д.; с щелочными – титан, фосфор, апатиты, цирконий, редкие земли и т.д.
М. г. п. могут использоваться как строительные (артикские туфы, лабрадориты и др.), абразивные (пемза) и теплоизоляционные (пемза, перлит) материалы; как сырьё для извлечения ценных компонентов (например, алюминия из нефелиновых сиенитов), а также служат основанием гидротехнических и других сооружений.
Лит.: Заварицкий А. Н., Изверженные горные породы, М., 1955.
В. П. Петров, Т. И. Фролова.
Магматические месторождения
Магмати'ческие месторожде'ния, залежи полезных ископаемых, сформировавшиеся в недрах земной коры при застывании и кристаллизации основной или щелочной магмы , содержащей в своём составе повышенные концентрации ценных минералов. Эти залежи имеют различную форму и расположены среди родственных им магматических горных пород . Образование ценных минералов в остывающей магме обусловлено тремя причинами. Во-первых, магма при охлаждении может распадаться на две несмешивающиеся жидкости, одна из которых состоит из вещества полезного ископаемого. Такой процесс называется ликвацией , а возникающие при этом месторождения называются ликвационными М. м. (например, сульфидные медно-никелевые руды, содержащие кобальт и платиноиды месторождений Норильска, Талнаха, Печенги в СССР и Садбери в Канаде). Во-вторых, ценные минералы при кристаллизации магмы могут выделиться ранее других, погрузиться на дно магматического резервуара и сформировать залежи раннемагматических месторождений. Эти месторождения также называются сегрегационными, или аккумулятивными (месторождения хрома, титана и железа). Оригинальными раннемагматическими образованиями являются алмазоносные кимберлитовые трубки Восточной Сибири и Южной Африки. В-третьих, при кристаллизации магм, богатых газом, вещество полезного ископаемого может сконцентрироваться в легкоплавком остаточном расплаве и при последующем отвердевании образовать позднемагматические, или гистеромагматические (фузивные), месторождения (залежи титаномагнетита типа горы Качканар на Урале, хромитов Южного Урала, апатитов Кольского полуострова, тантала, ниобия и редких земель). Значительно реже М. м. возникают в виде потоков, изливающихся из жерла вулканов (например, вулканические потоки серы).
Среди М. м. наиболее значительны месторождения железа, титана, ванадия, хрома, платины, меди, никеля, кобальта, апатита, алмазов, ниобия-тантала, циркония и гафния.
Лит.: Годлевский М. Н., Магматические месторождения, в книге: Генезис эндогенных рудных месторождений, М., 1968; Смирной В. И., Геология полезных ископаемых, 2 изд., М., 1969.
В. И. Смирнов.
Магналии
Магна'лии, алюминиевые сплавы с магнием, характеризующиеся высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью, высокой пластичностью. М., как правило, легко поддаются механической обработке, хорошо полируются. М. делят на литейные и деформируемые: литейные (4—13% Mg) используются для производства фасонных отливок, деформируемые (1—7% Mg) – для производства листов, проволоки и других изделий. Литейные свойства М. пониженные. Литейные М. имеют сравнительно высокую прочность [предел прочности sв до 340—380 Мн/м2 (34—38 кгс/мм2 ) при относительном удлинении d до 10—20%]; деформируемые М. относят к сплавам низкой и средней прочности [sв = 80—340 Мн/м2 (8—34 кгс/мм2 ), d = 20—40%]. Деформируемые М. применяются в качестве конструкционного (сварные конструкции, заклёпки) и декоративного материала. См. также Алюминиевые сплавы .
Магнамицин
Магнамици'н, карбомицин, C42 H67 O15 N, антибиотик из группы макролидов . Продуцируется лучистым грибом Streptomyces halstedii, из культуральной жидкости которого выделен в 1952. Строение М. определено американскими химиками (Р. Вудворд, В. Селмеридр, 1953—66). Ограниченно применяется при лечении заболеваний дыхательных путей и мочеполового тракта. М. включают в рацион откармливаемой домашней птицы. Для человека М. мало токсичен, но может угнетать аппетит и вызывать тошноту. Антибиотическая активность М. связана с его способностью подавлять биосинтез белка.
Магнаты
Магна'ты (позднелат., единственное число magnas или magnatus – богатый, знатный человек), крупные феодалы, родовитая и богатая знать в некоторых странах Европы, особенно в феодально-крепостнической Польше и Венгрии. В переносном смысле слово «М.» употребляется в применении к представителям крупного промышленного и финансового капитала.
Магнезиальные огнеупорные изделия
Магнезиа'льные огнеупо'рные изде'лия, содержат в качестве основного компонента (более 80%) окись магния – периклаз . Изготовляются из периклазового (магнезитового) порошка, полученного обжигом (до спекания) магнезита или окиси магния, добытой из морской воды. Для ответственных изделий применяют также порошок из плавленого магнезита или окиси магния. К М. о. и. можно отнести магнезиальноизвестковые (изготовляемые из обожжённого доломита или из смесей окислов магния и кальция), магнезиальношпинельные (из периклаза с хромитом пли глинозёмом) и магнезиально-силикатные (из дунита , серпентинита , оливина , большей частью с добавлением магнезитового порошка). В этих изделиях содержится обычно 35—75% MgO. Технология производства: измельченные исходные материалы смешивают с клеящей добавкой, формуют на прессах под давлением 80—150 Мн/м2 (800—1500 кгс/см2 , сушат и обжигают при 1600—2000 °C в зависимости от вида изделий и чистоты сырья. Выпускают также безобжиговые изделия на различных связках и в стальных кассетах. М. о. и. отличаются высокой огнеупорностью – выше 1900 °C (из чистого периклаза – до 2800 °C) и повышенной стойкостью против основных и железистых расплавов. М. о. и. применяются в металлургических агрегатах (мартеновских и электросталеплавильных печах, миксерах, медеплавильных печах и других), во вращающихся печах для обжига цемента, магнезита, доломита. Магнезиальноизвестковые (доломитовые) изделия служат для футеровки сталеплавильных кислородных конвертеров, магнезитохромитовые – преимущественно для сводов мартеновских печей.
Лит.: Кайнарский И. С., Процессы технологии огнеупоров, М., 1969; Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972.
А. К. Карклит.
Магнезит
Магнези'т (от новолатинского magnesia – магнезия), минерал из класса карбонатов, группы кальцита, состав MgCO3 ; содержит MgO 47,82%, CO2 52,18%, изоморфные примеси – часто Fe, реже Mn, Ca. Кристаллизуется в тригональной системе, имеет совершенную спайность по ромбоэдру. Кристаллическая структура аналогична кальциту . Встречается в ромбоэдрических или неправильно вытянутых кристаллах, а при образовании в зонах выветривания пород на земной поверхности – в фарфоровидных скрытозернистых массах. Цвет белый, желтовато-серый. Твердость по минералогической шкале 3,75 – 4,25, хрупок; плотность 2900 – З100 кг/м3 . Скопления М. встречаются в осадочных соленосных породах (совместно с гипсом), в измененных магматических ультраосновных породах (при метаморфизме – совместно с тальком, при выветривании – почти без примесей), но важнейшие промышленные месторождения М. связаны с метаморфизованными доломитами. Месторождения последнего типа имеются во многих странах, особенно крупные – в докембрийских толщах СССР (Саткинское на Урале, Тальское и другие в Енисейском кряже, Савинское в Восточном Саяне), северо-восточной части Китая, в КНДР и Бразилии. В результате обжига при 1000 °С М. теряет большую часть (92 – 94%) углекислоты и превращается в химически активную порошкообразную массу – каустическую магнезию, используемую в магнезиальных вяжущих цементах, при варке целлюлозы, производстве термоизоляции, синтетических каучуков, пластмасс, вискозы, в процессах химической переработки, в качестве удобрения и так далее. При повышении температуры до1500 – 1650 °С получают обожжённую магнезию со слабой химической активностью и высокой (до 2800 °С) огнеупорностью, применяемую главным образом в металлургии. В электропечах из М. получают плавленый периклаз , употребляемый в керамике и в качестве термостойкого электроизоляционного материала (смотри также Магнезитовые огнеупоры ), ежегодное мировое производство М. в 1972 свыше 12 млн. тонн. Около 70% его приходится на социалистические страны – СССР (около 2,5 млн. тонн MgO), ЧССР, КНР, КНДР.
Лит.: Требования промышленности к качеству минерального сырья, в. 40 – РыбниковВ. А.. Вейхер А. А., Магнезит, 2 изд., М. – Л.. 1961; Курс месторождений неметаллических полезных ископаемых, М., 1969; Смолин П. П., Тенденции использования магнезиального сырья, в сборнике: Неметаллические полезные ископаемые, М., 1971.
П. П. Смолин.
Магнезитовые огнеупоры
Магнези'товые огнеупо'ры, периклазовые, состоят из окиси магния (периклаза ) с 1 – 10% примесей. Магнезитовый порошок получают обжигом при 1700 – 2000 °С во вращающихся или шахтных печах магнезита или других, преимущественно гидратных, соединений магния. Последние могут быть природными (брусит) или добытыми химическим способом из солей морской воды и (реже) магнийсодержащих минералов (доломита, бишофита и других). Порошок состоит из зёрен крупностью до 5 – 15 мм с пористостью 5 – 20%, его огнеупорность 2300 – 2800 °С (в зависимости от чистоты). Порошок применяют для подин сталеплавильных мартеновских и электродуговых печей и для производства магнезиальных огнеупорных изделий , среди которых магнезитовыми (периклазовыми) считают содержащие более 90% MgO, а магнезитовыми на различных связках – более 80% MgO. Плавкой магнезитового порошка в дуговых печах получают плавленый периклаз, идущий после измельчения на производство огнеупорных изделий, для набивки тиглей индукционных плавильных печей, а особо чистый – для электротехнических целей. Из наплавленных блоков периклаза вырезают также цельные огнеупорные изделия с близкой к нулю пористостью.
Лит.: Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972.
А. К. Карклит.
Магнезитохромитовые огнеупорные изделия
Магнезитохроми'товые огнеупо'рные изде'лия, периклазохромитовые, изготовляются из смеси магнезитового (периклазового) порошка (65 – 80%) и молотого хромита (35 – 20%). Для повышения термостойкости изделий хромит или часть периклаза вводят в исходную массу сравнительно крупнозернистыми (3 – 0,5 мм ), а остальное – в тонкоизмельчённом виде. Массу с добавлением 1 – 2% органич. связующего (например, сульфитно-спиртовой барды) прессуют под давлением 100 – 150 Мн/м2 (1000 – 1500 кгс/см2 ). Изделия обжигают в туннельных печах при 1650 – 1750 °С. Свойства: плотность кажущаяся 3000 – 3300 кг/м3 , пористость открытая 14 – 20%, предел прочности при сжатии 40 – 60 Мн/м2 (400 – 600 кгс/см2 ), температура начала деформации под нагрузкой 200 кн/м2 (2 кгс/см2 ) 1500 – 1630 °С, термостойкость – более 6 – 10 теплосмен (1300 °С – вода), хорошая устойчивость против основных и железистых расплавов. Более плотные изделия, изготовляемые из масс с тонкоизмельченной смесью магнезита с хромитом, называются периклазошпинелидными. Из чистых исходных материалов обжигом при более высоких температурах получают изделия с «прямой связью» кристаллов периклаза и шпинелидов, отличающиеся более высокой стойкостью. Изготовляются также безобжиговые изделия на химическом связующем и армированные. М. о. и. применяют преимущественно в сводах мартеновских и электродуговых печей, а также в цементообжигательных, медеплавильных и других печах.
Лит.: Химическая технология керамики и огнеупоров, М., 1972
А. К. Карклит.
Магнезия жжёная
Магне'зия жжёная, MgO, смотри Магния окись .
Магнезия сернокислая
Магне'зия серноки'слая, лекарственное средство, устаревшее название магния сульфата .
Магнесин
Магнеси'н (от греческого magnetis – магнит и synchronos – одновременный), бесконтактный датчик углового положения вала. Применяется для дистанционной передачи показаний измерительных приборов, а также угла поворота вала в том случае, когда на нём допускается ничтожно малая нагрузка, например в магнитных компасах. М. состоит из статора и ротора – постоянного магнита, который механически связан с контролируемым объектом. Статорные обмотки М. питаются от источника переменного тока повышенной частоты (400 – 500 гц ). Для дистанционной передачи используется система двух идентичных М. – датчика и указателя, статоры которых электрически соединены между собой. При вращении ротора в обмотке статора М.-датчика возникает дополнит. эдс и по соединительным проводам протекает уравнительный ток, который в статоре М.-указателя вызывает устанавливающий (синхронизирующий) вращающий момент. В системе двух М. при повороте вала М.-датчика на некоторый угол на такой же угол (в «согласованное» положение) поворачивается ротор М.-указателя, так как вал М.-датчика заторможен. Иногда М. применяют совместно с сельсином (магнесинно-сельсинная следящая система). В этом случае М. соединяют с задающим валом, а сельсин – с приёмным. Погрешность М. как элемента следящей передачи составляет около 0,25 °.
Магнесия
Магнесия (Magnesía) на Меандре, древний город в Карии (ныне – юго-западный район Турции). Обследован французскими (1842 – 1843) и немецкими (1891 – 1893) археологическими экспедициями. Во 2 веке до н. э. застроен по регулярному плану с прямоугольной сеткой улиц (архитектор Гермоген из Алабанды; ему же приписываются и главные храмы М.). Сохранились руины агоры (со стоей и ионическим храмом Зевса Сосиполиса) и примыкающего к нему святилища Артемиды Левкофриены, где находились храм-псевдодиптер со скульптурным фризом (ныне – в Лувре, Париж, и других музеях) и монументальный алтарь.
Лит.: Humann С., Kohte J., Watzinger С., Magnesia am Meander, В., 1904.
Магнесия на Меандре. Храм Артемиды Левкофриены с алтарём. 2 в. до н. э. Реконструкция.
Магнетизм
Магнети'зм (от греческого magnetis – магнит), проявляется в макромасштабах как взаимодействие между электрическими токами, между токами и магнитами (то есть телами с магнитным моментом ) и между магнитами. В наиболее общем виде М. можно определить как особую форму материальных взаимодействий, возникающих между движущимися электрически заряженными частицами. Передача магнитного взаимодействия, реализующая связь между пространственно-разделёнными телами, осуществляется особым материальным носителем – магнитным полем . Оно представляет собой наряду с электрическим полем одно из проявлений электромагнитной формы движения материи (см. Электромагнитное поле ). Между магнитным и электрическим полями нет полной симметрии. Источниками электрического поля являются электрические заряды, которыми обладают элементарные частицы – электроны, протоны, мезоны и другие. Аналогичных магнитных зарядов пока не наблюдали в природе, хотя гипотезы об их существовании высказывались (см. Магнитный монополь ).
Источником магнитного поля является движущийся электрический заряд, то есть электрический ток . В атомных масштабах для электронов и нуклонов (протонов, нейтронов) имеются два типа микроскопических токов – орбитальные, связанные с переносным движением центра тяжести этих частиц, и спиновые (см. Спин ), связанные с внутренними степенями свободы их движения.
Количественной характеристикой М. частиц являются их орбитальный и спиновый магнитные моменты (обозначаются М ). Поскольку все микроструктурные элементы веществ – электроны, протоны и нейтроны – обладают магнитными моментами, то и любые их комбинации – атомные ядра и электронные оболочки – и комбинации их комбинаций, то есть атомы, молекулы и макроскопические тела, могут в принципе быть источниками магнетизма. Таким образом, М. веществ имеет универсальный характер.
Известны два основных эффекта воздействия внешнего магнитного поля на вещества. Во-первых, диамагнитный эффект, являющийся следствием закона индукции Фарадея (см. Индукция электромагнитная ): внешнее магнитное поле всегда создаёт в веществе такой индукционный ток, магнитное поле которого направлено против начального поля (Ленца правило ). Поэтому создаваемый внешним полем диамагнитный момент вещества всегда отрицателен по отношению к этому полю.
Во-вторых, если атом обладает отличным от нуля магнитным моментом (спиновым, орбитальным или тем и другим), то внешнее поле будет стремиться ориентировать его вдоль своего направления. В результате возникает параллельный полю положительный момент, который называют парамагнитным.
Существенное влияние на магнитные свойства вещества могут оказать также внутренние взаимодействия (электрической и магнитной природы) между атомными магнитными моментами. В некоторых случаях благодаря этим взаимодействиям оказывается энергетически выгоднее, чтобы в веществе существовал самопроизвольный (не зависящий от внешнего поля) атомный магнитный порядок. Вещества, в которых атомные магнитные моменты расположены параллельно друг другу, называются ферромагнетиками ; соответственно антиферромагнетиками называются вещества, в которых соседние атомные моменты расположены антипараллельно. Сложность атомной структуры веществ, построенных из огромного числа атомов, приводит к практически неисчерпаемому разнообразию их магнитных свойств. При рассмотрении магнитных свойств веществ для последних употребляют общий термин – «магнетики». Взаимосвязь магнитных свойств веществ с их немагнитными свойствами (электрическими, механическими, оптическими и т.д.) позволяет очень часто использовать исследования магнитных свойств как источник информации о внутренней структуре микрочастиц и тел макроскопических размеров. Широкий диапазон явлений М., простирающийся от М. элементарных частиц до М. космических тел (Земли, Солнца, звёзд и других), обусловливает большую роль М. в явлениях природы, в науке и технике.
Макроскопическое описание магнитных свойств веществ обычно проводится в рамках теории электромагнитного поля (см. Максвелла уравнения ), термодинамики и статистической физики . Одной из основных макроскопических характеристик магнетика, определяющих его термодинамическое состояние, является вектор намагниченности J (суммарный магнитный момент единицы объёма магнетика). Опыт показывает, что векторJ есть функция напряжённости магнитного поля Н. Графически зависимость J (Н ) изображается кривой намагничивания, имеющей различный вид у разных магнетиков. В ряде веществ между J и Н существует линейная зависимость J = cН, где c – магнитная восприимчивость (у диамагнетиков c < 0, у парамагнетиков c > 0). У ферромагнетиков c связано с Н нелинейно; у них восприимчивость зависит не только от температуры Т и свойств вещества, но и от поля Н.
Термодинамически намагниченность J магнетика определяется через потенциал термодинамический Ф (Н, Т, р ) по формуле
(здесь р – давление). В свою очередь, расчёт Ф (Н, Т, р ) основан на соотношении Гиббса – Богуславского Ф = – kT lnZ (H, T ), где k – Больцмана постоянная , Z (Н, Т ) —статистическая сумма .
Из общих положений классической статистической физики следует, что электронные системы (без учёта их квантовых свойств) не могут обладать термодинамически устойчивым магнитным моментом (теорема Бора – Ван-Левен – Терлецкого), но это противоречит опыту. Квантовая механика, объяснившая устойчивость атома, дала объяснение и М. атомов и макроскопических тел.
М. атомов и молекул обусловлен спиновыми магнитными моментами их электронов, движением электронов в оболочках атомов и молекул (так называемым орбитальным М.), спиновым и орбитальным М. нуклонов ядер. В многоэлектронных атомах сложение орбитальных и спиновых магнитных моментов производится по законам пространственного квантования: результирующий магнитный момент определяется полным угловым квантовым числомj и равен
где gi – множитель Ланде, mв – Бора магнетон (см. Магнитный момент ).
Магнитные свойства веществ определяются природой атомных носителей М. и характером их взаимодействий. О существенном влиянии этих взаимодействий на магнитные свойства говорит, в частности, сравнение магнитных свойств изолированных атомов различных элементов. Так, у атомов инертных газов (Не, Ar, Ne и других) электронные оболочки магнитно нейтральны (их суммарный магнитный момент равен нулю). Во внешнем магнитном поле инертные газы проявляют диамагнитные свойства (см. Диамагнетизм ). Электронная оболочка атомов щелочных металлов (Li, Na, К и других) обладает лишь спиновым магнитным моментом валентного электрона, орбитальный момент этих атомов равен нулю. Пары щелочных металлов парамагнитны (см. Парамагнетизм ). У атомов переходных металлов (Fe, Со, Ni и других) наблюдаются, как правило, большие спиновые и орбитальные магнитные моменты, обусловленные недостроенными d- и f- слоями их электронной оболочки (см. Атом ).
Сильная зависимость М. веществ от характера связи между микрочастицами (носителями магнитного момента) приводит к тому, что вещество неизменного химического состава в зависимости от внешних условий, а также кристаллической или фазовой структуры (например, степени упорядочения атомов в сплавах и т.п.) может обладать различными магнитными свойствами. Например, Fe, Со, Ni в кристаллическом состоянии ниже определённой температуры (Кюри точки ) обладают ферромагнитными свойствами; выше точки Кюри они эти свойства теряют (см. Ферромагнетизм ).
Количественно взаимодействие между атомными носителями М. в веществе можно охарактеризовать величиной энергии eвз этого взаимодействия, рассчитанной на отдельную пару частиц – носителей магнитного момента. Энергию eвз , обусловленную электрическим и магнитным взаимодействием микрочастиц и зависящую от их магнитных моментов, можно сопоставить с величинами энергий других атомных взаимодействий: с энергией магнитного момента mв в некотором эффективном магнитном поле Нэфф, то есть с eн = mвНэфф, и со средней энергией теплового движения частиц при некоторой эффективной критической температуре Tk , то есть с eТ = kTk. При значениях напряжённости внешнего поля Н < Нэфф или при температурах Т < Тк будут сильно проявляться магнитные свойства вещества, обусловленные eвз – внутренними взаимодействиями атомных носителей М. (так называемый «сильный» М. веществ). Наоборот, в областях Н >> Нэфф или Т >> Тк будут доминировать внешние факторы – температура или поле, подавляющие эффекты внутреннего взаимодействия («слабый» М. веществ). Эта классификация формальна, так как не вскрывает физической природы Нэфф и Tk . для полного выяснения физической природы магнитных свойств вещества необходимо знать не только величину энергии eвз по сравнению с eТ или eН, но также и её физическое происхождение и характер магнитного момента носителей (орбитальный или спиновый). Если исключить случай ядерного М., в котором проявляется эффект ядерных взаимодействий, то в электронных оболочках атомов и молекул, а также в электронной системе конденсированных веществ (жидкости, кристаллы) действуют 2 типа сил – электрические и магнитные. Мерой электрического взаимодействия может служить электростатическая энергия eэл двух электронов, находящихся на атомном расстоянии (а = 10-8 см ): eэл ~ е2 /a ~ 10-12эрг (здесь е – заряд электрона). Мерой магнитного взаимодействия служит энергия связи двух микрочастиц, обладающих магнитными моментами mв и находящихся на расстоянии а, то есть eмагн ~ m2в /а3 ~ 10-16эрг. Таким образом, eэл превосходит энергию eмагн по крайней мере на три порядка.
В связи с этим сохранение намагниченности ферромагнетиками (Fe, Со, Ni) до температур Т ~ 1000 К может быть обусловлено только электрическим взаимодействием, так как при энергии eмагн ~ 10-16эрг тепловое движение разрушило бы ориентирующее действие магнитных сил уже при 1 К. На основе квантовой механики было показано, что наряду с кулоновским электростатическим взаимодействием заряженных частиц существует также чисто квантовое электростатическое обменное взаимодействие , зависящее от взаимной ориентации магнитных моментов электронов. Таким образом, эта часть электрического по своей природе взаимодействия оказывает существенное влияние на магнитное состояние электронных систем. В частности, это взаимодействие благоприятствует упорядоченной ориентации магнитных моментов атомных носителей М. Верхний предел энергии обменного взаимодействия eоб ~ 10-13эрг.
Значение eоб > 0 соответствует параллельной ориентации атомных магнитных моментов, то есть самопроизвольной (спонтанной) намагниченности тел (ферромагнетиков). При eоб < 0 имеет место тенденция к антипараллельной ориентации соседних магнитных моментов, характерной для атомной магнитной структуры антиферромагнетиков. Изложенное позволяет провести следующую физическую классификацию М. веществ.
I. Магнетизм слабовзаимодействующих частиц (eвз << mвН или eвз << кТ )
А. Преобладание диамагнетизма. К веществам с диамагнитными свойствами относятся: а) все инертные газы, а также газы, атомы или молекулы которых не имеют собственного результирующего магнитного момента. Их магнитная восприимчивость отрицательна и очень мала по абсолютной величине [молярная восприимчивость c ~ —(10-7 —10-5 )]; от температуры она практически не зависит; б) органические соединения с неполярной связью, в которых молекулы или радикалы либо не имеют магнитного момента, либо парамагнитный эффект в них подавлен диамагнитным; у этих соединений c ~ —10-6 и также практически не зависит от температуры, но обладает заметной анизотропией (см. Магнитная анизотропия ); в) вещества в конденсированных фазах – жидкой и кристаллической: некоторые металлы (Zn, Au, Hg и другие); растворы, сплавы и химические соединения (например, галоиды) с преобладанием диамагнетизма ионных остовов (ионы, подобные атомам инертных газов, – Li+ , Be2+ , A13+ , Cl- и т.п.). М. этой группы веществ похож на М. «классических» диамагнитных газов.
Б. Преобладание парамагнетизма характерно: а) для свободных атомов, ионов и молекул, обладающих результирующим магнитным моментом. Парамагнитны газы O2 , NO, пары щелочных и переходных металлов. Восприимчивость их c> 0 мала по величине (~ 10-3 —10-5 ) и при не очень низких температурах и не очень сильных магнитных полях (mвН/кТ << 1) не зависит от поля, но существенно зависит от температуры, для c имеет место Кюри закон c = С/Т, где С – постоянная Кюри; б) для ионов переходных элементов в жидких растворах, а также в кристаллах при условии, что магнитно-активные ионы слабо взаимодействуют друг с другом и их ближайшее окружение в конденсированной фазе слабо влияет на их парамагнетизм. При условии mв Н/кТ << 1 их восприимчивость не зависит от Н, но зависит от Т – имеет место Кюри – Вейса закон c = C’/(T – D), где C’ и D – константы вещества; в) для ферро– и антиферромагнитных веществ выше точки Кюри q.
II. Магнетизм электронов проводимости в металлах и полупроводниках
А. Парамагнетизм электронов проводимости в металлах (спиновый парамагнетизм) наблюдается у щелочных (Li, К, Na и другие), щёлочноземельных (Ca, Sr, Ba, Ra) и переходных металлов (Pd, Pt), а также у металлов Sc, Ti, V. Восприимчивость их мала (c ~ 10-5 ), не зависит от поля и слабо меняется с температурой. У ряда металлов (Cu, Ag, Au и других) этот парамагнетизм маскируется более сильным диамагнетизмом ионных остовов.
