Большая Советская Энциклопедия (ПА)

Парамагнетизм

Парамагнети'зм (от пара ... и магнетизм ), свойство тел, помещенных во внешнее магнитное поле, намагничиваться (приобретать магнитный момент ) в направлении, совпадающем с направлением этого поля. Т. о., внутри парамагнитного тела (парамагнетика) к действию внешнего поля прибавляется действие возникшей намагниченности J . В этом отношении П. противоположен диамагнетизму , при котором возникающий в теле под действием поля магнитный момент ориентирован навстречу направлению напряжённости внешнего магнитного поля Н . Поэтому парамагнитные тела притягиваются к полюсам магнита (откуда название «П.»), а диамагнитные — отталкиваются. Характерным для парамагнетиков свойством намагничиваться по полю обладают также ферромагнетики и антиферромагнетики . Однако в отсутствие внешнего поля намагниченность парамагнетиков равна нулю и они не обладают магнитной структурой (взаимной упорядоченной ориентацией магнитных моментов атомов), в то время как при Н = 0 ферро- и антиферромагнетики сохраняют магнитную структуру. Термин «П.» ввёл в 1845 М. Фарадей , который разделил все вещества (кроме ферромагнитных) на диа- и парамагнитные. П. характерен для веществ, частицы которого (атомы, молекулы, ионы, ядра атомов) обладают собственным магнитным моментом, но в отсутствие внешнего поля эти моменты ориентированы хаотически, так что J = 0. Во внешнем поле магнитные моменты атомов парамагнитных веществ ориентируются преимущественно по полю. В слабых полях намагниченность парамагнетиков растет с ростом поля по закону J = c Н, где c — магнитная восприимчивость 1 моля вещества, для парамагнетиков всегда положительная и обычно равная по порядку величины 10^{– 5} — 10^{– 3} . Если поле очень велико, то все магнитные моменты парамагнитных частиц ориентируются строго по полю (достигается магнитное насыщение). С повышением температуры Т при неизменной напряжённости поля возрастает дезориентирующее действие теплового движения частиц и магнитная восприимчивость убывает — в простейшем случае по Кюри закону c = С/Т (С — постоянная Кюри, зависящая от природы вещества). Отклонения от закона Кюри (см. Кюри — Вейса закон ) в основном связаны с взаимодействием частиц (влиянием кристаллического поля). П. свойствен: многим чистым элементам в металлическом состоянии (щелочные металлы, щёлочноземельные металлы, некоторые металлы переходных групп с незаполненным d– слоем или f- слоем электронной оболочки — группы железа, палладия, платины, редкоземельных элементов, актиноидов ; а также сплавы этих металлов); солям группы железа, группы редкоземельных элементов от Ce до Yb и актиноидов и их водным растворам; парам щелочных металлов и молекулам газов (например, O₂ и NO); небольшому числу органических молекул («бирадикалам»); ряду комплексных соединений . Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).

Существование у атомов (ионов) магнитных моментов, обусловливающих П. веществ, может быть связано с движением электронов в оболочке атома (орбитальный П.), со спиновым моментом самих электронов (спиновый П.), с магнитными моментами ядер атомов (ядерный П.). Магнитные моменты атомов, ионов, молекул создаются в основном спиновыми и орбитальными моментами их электронных оболочек. Они примерно в тысячу раз превосходят магнитные моменты атомных ядер (см. Магнетон ). П. металлов слагается в основном из П., свойственного электронам проводимости (так называемый парамагнетизм Паули), и П. электронных оболочек атомов (ионов) кристаллической решётки металла. Поскольку движение электронов проводимости металлов практически не меняется при изменении температуры, П., обусловленный электронами проводимости, от температуры не зависит. Поэтому, например, щелочные и щёлочноземельные металлы, у которых электронные оболочки ионов лишены магнитного момента, а П. обусловлен исключительно электронами проводимости, обладают магнитной восприимчивостью, не зависящей от температуры. В тех веществах, у которых нет электронов проводимости и магнитным моментом обладает лишь ядро (например, у изотопа гелия ³ He), П. крайне мал (c~10^{– 9} —10^{– 12} ) и может наблюдаться лишь при сверхнизких температурах (Т < 0,1К). Парамагнитная восприимчивость диэлектриков , согласно классической теории П. Ланжевена (1906), определяется формулой c = Nm_a²/3kT, где N — число магнитных атомов в 1 моле вещества, m_a — магнитный момент атома, к — Больцмана постоянная . Эта формула была получена методами статистической физики для системы практически не взаимодействующих атомов, находящихся в слабом магнитном поле или при высокой температуре (когда m_аН << kT ). Она даёт теоретическое объяснение Кюри закону . В сильных магнитных полях или при низких температурах m_a H >> kT ) намагниченность парамагнитных диэлектриков стремится к Nm_a² (к насыщению). Квантовая теория П., учитывающая квантование пространственное момента m_а (Л. Бриллюэн , 1926), даёт аналогичное выражение для восприимчивости (диэлектриков (при m_a H << kT ): c =NJ (J + 1)m_а² g_j² /3кТ , где J — квантовое число , определяющее полный момент количества движения атома, gj — Ланде множитель . Парамагнитная восприимчивость полупроводников c^п_э , обусловленная электронами проводимости, в простейшем случае зависит от температуры Т экспоненциально

c^п_э =АТ^1/2 exp (—DE/ 2kT ), где А — константа вещества, DЕ — ширина запрещенной зоны полупроводника. Особенности индивидуального строения полупроводников сильно искажают эту зависимость. В простейшем случае для металлов (без учёта Ландау диамагнетизма и взаимодействия электронов) c^м_э = 3Nm²_э /2E_o, где Eo — Ферми энергия , mэ — магнитный момент электрона (c^м_э не зависит от температуры). Ядерный П. при отсутствии сильного взаимодействия между спинами ядер и электронными оболочками атомов характеризуется величиной c_я = Nm²_я \3kT, которая приблизительно в 10⁶ раз меньше электронной парамагнитной восприимчивости (m_э ~10³ m_я ). Изучение П. различных веществ, а также электронного парамагнитного резонанса (резонансного поглощения парамагнетиками энергии электромагнитного поля) позволяет определять магнитные моменты отдельных атомов, ионов, молекул, ядер, изучать строение сложных молекул и молекулярных комплексов, а также осуществлять тонкий структурный анализ материалов, применяемых в технике. В физике парамагнитные вещества используют для получения сверхнизких температур (ниже 1 К, см. Магнитное охлаждение ). Историю развития учения о П. см. в ст. Магнетизм .

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973; его же, Магнетизм, М., 1971; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Абрагам А., Ядерный магнетизм. пер. с англ., М., 1963; Киттель Ч., Введение в физику твёрдого тела, пер. с англ., 2 изд., М., 1963; Физика магнитных диэлектриков, Л., 1974.

Я. Г. Дорфман.

Парамагнетик

Парамагне'тик, вещество, намагничивающееся во внешнем магнитном поле по направлению поля. В отсутствие внешнего магнитного поля П. немагнитен. Атомы (ионы) П. обладают собственным магнитным моментом, но характерной для ферро- и антиферромагнетиков магнитной структуры у П. нет. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов (ионов) П. (у парамагнитных металлов — спины части электронов проводимости) ориентируются преимущественно по направлению поля. В результате П. приобретает суммарный магнитный момент J, пропорциональный напряжённости поля Н и направленный по полю. Магнитная восприимчивость П. c = J/H всегда положительна. Её абсолютное значение невелико (см. табл.), в слабых полях она не зависит от напряжённости магнитного поля, но очень сильно от температуры (исключение составляет большинство металлов, подробнее см. Парамагнетизм ).

Магнитная восприимчивость некоторых парамагнитных веществ (c—восприимчивость 1 моля в нормальных условиях).*

Вещество	c* 10^6		Вещество	c* 10^6
Al	16,7		O2	3396
Li	24,6		NO	1461
Na	16,1		MnO	4850
K	21,35		CuCl2	1080
Ti	161,0		FeCl2	14750
V	296,0		NiSO4	4005
U	414,0		Dy2 (SO4 )3* 8H2 O	92760
Pu	627,0		Ho2 (SO4 )3* 8H2 O	91600

*Числовые данные приведены в СГС системе единиц (симметричной).

К П. относятся молекулярный кислород 0₂ , щелочные и щёлочноземельные металлы, некоторые переходные металлы с недостроенными d- и f– слоями электронной оболочки, из соединений — NO, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных элементов. Существуют также П., у которых парамагнетизм обусловлен магнитным моментом ядер (например, ³ He при температурах Т < 0,1 К).

Парамагнитный усилитель

Парамагни'тный усили'тель, квантовый усилитель СВЧ, рабочим веществом которого является кристалл с примесью парамагнитных ионов.

Парамарибо

Парамари'бо (Paramaribo), город, административный центр Суринама. 102,3 тыс. жителей (1971). Главный порт страны на левом берегу реки Суринам, в 20 км от её впадения в Атлантический океан. Торговый центр. Пищевая (производство кокосового масла), деревообрабатывающая и др. промышленность. Вывоз риса, цитрусовых, бананов, креветок, древесины, сахара. В районе П.— алюминиевый завод.

Парамеры

Параме'ры (от пара ... и греч. m'eros — часть), 1) соответствующие друг другу правые и левые органы или их части у двустороннесимметричных животных. Один из П. всегда зеркально подобен другому. 2) Парные придатки копулятивного аппарата самцов некоторых насекомых.

Парамесвара

Парамесва'ра, правитель Малакки в 1402 (или 1403)—1424. Согласно исторической традиции, был суматранским (или яванским) принцем, женатым на принцессе из Маджапахита . Около 1400 появился в Тумасике (Сингапур), где убил местного правителя и захватил власть. Изгнанный сиамскими войсками из Тумасика, П. основал небольшое княжество в устье реки Малакка, в западной части Малаккского полуострова, ставшее ядром Малаккского султаната . При П. началось проникновение ислама в Малакку, куда П. привлекал мусульманских торговцев Северной Суматры. В 1414 П. принял ислам и имя Мегат Искандар-шах.

Параметр (в технике)

Пара'метр в технике, величина, характеризующая какое-либо свойство процесса, явления, системы, технического устройства. Например, в механических системах такими величинами являются масса, коэффициент трения, момент инерции, натяжение и т.п.; для тепловых процессов П. служат теплоёмкость, тепловой поток, температурный напор и т.д.; из электрических П. наиболее характерны сопротивление, индуктивность, ёмкость. Физические процессы, протекающие в системе, описываются уравнениями, связывающими переменные величины этих процессов. П. обычно входят в коэффициенты уравнений, они могут быть постоянными или переменными (зависящими от времени или координат системы).

П. системы (устройства) могут быть сосредоточенными или распределёнными в пространстве (по одной, двум либо трём координатам). Характерный пример системы с распределёнными параметрами — линия электропередачи, у которой индуктивность, ёмкость, сопротивление (проводимость) распределены по всей длине линии; примером сосредоточенного параметра может служить нагрузка на балку, приложенная на малом по сравнению с длиной балки участке.

М. М. Майзель.

Параметр (математич.)

Пара'метр (от греч. parametr'on — отмеривающий, соразмеряющий), величина, значения которой служат для различения элементов некоторого множества между собой. Например, в декартовых прямоугольных координатах уравнением (х—а )² + (у—b )² = 1 определяется множество всех окружностей радиуса 1 на плоскости хОу, полагая, например, а = 3, b = 4, мы выделяем из этого множества вполне определённую окружность с центром (3, 4), следовательно, а и b суть П. окружности в рассматриваемом множестве. См. также Параметрическое представление функций.