Диамагнетизм

Рубрика : Интересное

Диамагнетизм

Марио Льоцци

Наблюдая магнитооптические явления, Фарадей пришел к убеждению, что изменяется сама внутренняя структура тела, помещенного в магнитное поле. Поэтому он решил исследовать, испытывают ли тела, помещаемые в магнитное поле, механические изменения и какие именно. В ходе этих исследований он в том же 1845 г. сделал еще одно большое открытие, последнее в его столь плодотворной научной деятельности,— обнаружил, что кусок тяжелого стекла (отлитого им в 1822 г. и содержащего борнокислый свинец), помещенный перед полюсом мощного электромагнита, испытывает слабое отталкивание. Чтобы яснее обнаружить это явление, Фарадей подвесил на нитке между полюсами мощного подковообразного электромагнита стерженек из тяжелого стекла. При включении электромагнита стерженек поворачивался, располагаясь перпендикулярно силовым линиям поля, или, как говорит Фарадей, экваториально. Стерженек из обычного магнитного вещества, помещенный точно таким же образом, располагается вдоль оси, т. е. вдоль силовых линий.

Уитстон сообщил Фарадею, что наблюдавшееся им явление магнитного отталкивания не ново: его описал в 1778 г. А. Бругманс (1732—1789), наблюдая его в опытах с висмутом, а в 1827 г. аналогичное явление заметил А. Беккерель в опытах с сурьмой. Но то были отрывочные наблюдения, оставшиеся неизвестными большинству физиков, хотя некоторые эрудированные авторы того времени, как, например, Пуйе во втором издании своих «Elements de physique» («Элементы физики»), 1832 г., писали о них как о некоей диковинке. Открытие Фарадея также показалось некоторым лишенным интереса.

Эдмон Беккерель, сын Антуана Беккереля, считал (и его поддерживал в этом Гальда), что в опытах Фарадея не было ничего нового, поскольку как Кулон, так и А. Беккерель обнаружили, что тела, содержащие в себе в рассеянном виде небольшое число частиц железа стреловидной формы, располагаются в магнитном поле экваториально. Но Маттеуччи справедливо возразил (1846 г.), что главным в открытии Фарадея было не экваториальное расположение тела, а отталкивание некоторых тел магнитным полюсом.

Итак, критические замечания были легко опровергнуты, тем более что это свойство, как показал Фарадей, вовсе не было исключением: оно обнаружено и у многих других твердых тел, жидкостей и тканей человеческого тела; им обладают также многие газы. Последнее было доказано в 1847 г. Микеле Альберто Банкалари (1805—1864) и подтверждено Фарадеем в процессе дальнейших исследований. Все эти тела Фарадей назвал диамагнетиками.

После долгих терпеливых исследований Фарадей установил, что все тела — либо парамагнетики, либо диамагнетики и что нейтральных тел не существует, т. е. нет таких тел, которые бы не притягивались и не отталкивались полюсом магнита  достаточной силы.

Теория диамагнетизма была одной из самых щекотливых проблем второй половины XIX века. Фарадей выдвинул две различные гипотезы. Согласно первой, молекулы диамагнитных веществ под действием поля намагничиваются в направлении, противоположном направлению намагничивания парамагнитных веществ; согласно второй гипотезе, отталкивание диамагнитных тел магнитным полюсом лишь кажущееся и обусловлено разностью притяжений, т. е. тем, что среда, в которой тело находится, притягивается сильнее, чем само тело. Но принимая вторую гипотезу, приходится также предположить, что пустота или некая среда, заполняющая пустоту, обладает магнитными свойствами. Фарадей склонялся к первой гипотезе, потому что не считал возможным приписывать пространству свойство притягиваться или представлять его заполненным весьма проблематичным эфиром.

В течение нескольких десятилетий как та, так и другая теория имели своих сторонников. Большинство, следуя за Вебером, который в 1852 г. сконструировал свой диамагнетометр, принимало первую гипотезу Фарадея. Но в 1889 г. Дж. Паркер заметил, что такая интерпретация явления находится в противоречии со вторым началом термодинамики, что было затем подтверждено и П. Дюэмом. Это замечание было сделано как раз в момент расцвета термодинамики, поэтому привело к резкому кризису, в результате чего в конце прошлого века физики склонялись к теории влияния среды. Однако теория, которой придерживались Фарадей и Вебер, по существу довольно скоро (в 1905 г.) вновь возродилась в теории Ланжевена, — самой простой и всеобъемлющей из всех доквантовых электронных теорий.

Прежде чем перейти к другим вопросам, упомянем следующее: входе своих исследований диамагнетизма Фарадей заметил, что медный стержень, подвешенный в магнитном поле, не совершал колебаний, даже если его подталкивали, как если бы он испытывал в среде сильное сопротивление трения. Фарадей понял, что причиной являются токи, индуцируемые в стержне, и получил подтверждение своего предположения в опытах с медным кубом, который, будучи приведен во вращение между полюсами электромагнита, при включении магнитного поля останавливается. Фуко повторил в 1855 г. опыт Фарадея, придав ему более эффектный вид. Он применил маятник, качающийся между полюсами электромагнита, который был уже ранее использован Стердженом в 1825 г. при опытах с «вращательным магнетизмом». Таким образом, в вопросе о индуцируемых в металлических массах токах, наблюдавшихся и Джоулем в 1843 г., Фуко принадлежит лишь способ их уменьшения посредством разбиения сплошной массы на тонкие пластины.


Хотите получать материалы на e-mail?