Материал: kompendium_po_fizike
221
увеличиваться
в
объёме
за
счет
соседних
доменов
,
имеющих
иные
ориентации
магнитного
момента
, –
ферромагнетик
намагничивается
.
При
достаточно
сильном
поле
все
домены
целиком
поворачиваются
в
направлении
поля
,
и
ферромагнетик
быстро
намагничивается
до
насыщения
.
Вектора
намагниченности
различных
доменов
могут
быть
ориентированы
хаотически
−
в
этом
случае
намагниченность
всего
образца
равна
нулю
.
Однако
если
такой
образец
поместить
в
магнитное
поле
,
то
домены
,
намагниченность
которых
направлена
параллельно
полю
,
начнут
расти
за
счет
других
доменов
.
Увеличивая
магнитное
поле
,
можно
добиться
того
,
что
во
всем
веществе
останется
только
один
домен
с
намагниченностью
,
направленной
вдоль
поля
.
Все
остальные
домены
будут
им
поглощены
.
Получится
образец
,
в
котором
магнитные
спиновые
моменты
всех
атомов
направлены
в
одну
сторону
(
магнитное
насыщение
).
В
этом
случае
магнитное
поле
может
возрасти
в
1000
и
более
раз
(µ
≥
1000).
Если
после
того
,
как
ферромагнетик
намагничен
(
даже
не
до
насыщения
),
внешнее
магнитное
поле
устранить
,
начнется
распад
крупных
доменов
на
более
мелкие
.
Однако
полного
хаоса
при
этом
не
возникнет
и
достигнутая
намагниченность
частично
сохранится
.
Это
используют
при
изготовлении
постоянных
магнитов
.
Отметим
еще
одно
свойство
ферромагнетиков
.
Для
каждого
ферромагнитного
вещества
существует
температура
(
точка
Кюри
),
выше
которой
ферромагнитные
свойства
полностью
исчезают
и
вещество
становится
парамагнетиком
.
В
медицине
ферромагнетики
находят
разнообразное
применение
:
исправление
грудной
клетки
у
детей
,
магнитные
заглушки
для
предотвращения
выделений
из
искусственного
наружного
свища
ободочной
кишки
,
для
удаления
железных
частичек
из
глаз
и
др
.
5.
Магнитные
свойства
биологических
тканей
.
Воздействие
магнитного
поля
на
биологические
объекты
Ткани
организма
в
значительной
степени
диамагнитны
,
подобно
воде
.
Однако
в
организме
имеются
и
парамагнитные
вещества
,
молекулы
и
ионы
.
Ферромагнитных
частиц
в
организме
нет
.
222
Магнитное
поле
оказывает
воздействие
на
биологические
системы
,
которые
в
нем
находятся
.
Так
,
например
,
имеются
сведения
:
–
о
гибели
дрозофилы
в
неоднородном
магнитном
поле
;
–
об
угнетении
роста
бактерий
в
магнитном
поле
;
–
о
морфологических
изменениях
у
животных
и
растений
после
пребывания
в
постоянном
магнитном
поле
;
–
об
ориентации
растений
в
магнитном
поле
;
–
о
влиянии
магнитного
поля
на
нервную
систему
и
изменении
характеристик
крови
;
–
об
эффективности
процессов
регенерации
при
действии
низкочастотного
магнитного
поля
.
Первичными
физическими
или
физико
-
химическими
процессами
при
действии
магнитного
поля
на
биологические
системы
могут
быть
:
ориентация
молекул
,
изменение
концентрации
молекул
или
ионов
в
неоднородном
магнитном
поле
,
силовое
воздействие
(
сила
Лоренца
)
на
ионы
,
перемещающиеся
вместе
с
биологической
жидкостью
и
др
.
Магнитотерапия
−
метод
физиотерапии
,
в
основе
которого
лежит
действие
на
организм
низкочастотного
переменного
или
постоянного
магнитного
поля
.
Магнитные
поля
по
направлению
силовых
линий
могут
быть
постоянными
и
переменными
и
генерироваться
в
непрерывном
или
прерывистом
(
импульсном
)
режимах
с
разной
частотой
,
формой
и
длительностью
импульсов
.
Магнитное
поле
,
возникающее
между
северным
и
южным
полюсами
магнита
,
может
быть
однородным
и
неоднородным
.
6.
Электронный
парамагнитный
резонанс
(
ЭПР
)
Молекула
или
ее
часть
,
имеющая
неспаренный
электрон
,
называется
свободным
радикалом
.
С
токи
зрения
химии
,
наличие
в
молекуле
неспаренного
электрона
есть
ничто
иное
,
как
наличие
у
нее
свободной
валентности
.
Поэтому
свободные
радикалы
очень
активны
в
химическом
отношении
.
Они
легко
вступают
в
химические
связи
с
другими
молекулами
и
химическими
соединениями
,
чем
223
оказывают
большое
влияние
на
протекание
многих
процессов
в
биологических
системах
.
Наиболее
важную
роль
в
биологических
системах
играют
следующие
виды
радикалов
:
1)
свободные
радикалы
воды
(
гидроксильный
,
перекисный
,
супероксид
);
2)
свободные
радикалы
органических
молекул
,
образующиеся
при
действии
ионизирующей
и
ультрафиолетовой
радиации
;
3)
свободные
радикалы
хинонов
;
4)
свободные
радикалы
липидов
.
Основное
физическое
отличие
свободных
радикалов
от
других
молекул
состоит
в
том
,
что
свободные
радикалы
парамагнитны
,
т
.
е
.
обладают
собственным
магнитным
моментом
,
тогда
как
стабильные
молекулы
его
не
имеют
,
т
.
е
.
они
диамагнитны
.
Именно
это
различие
в
магнитных
свойствах
и
позволяет
обнаруживать
свободные
радикалы
среди
других
молекул
.
Основным
физическим
методом
изучения
свободных
радикалов
в
биологических
системах
является
электронный
парамагнитный
резонанс
(
ЭПР
).
Метод
ЭПР
получил
большое
распространение
в
биологии
и
медицине
именно
благодаря
его
способности
определять
наличие
и
вид
свободных
радикалов
в
биологических
системах
,
исследовать
кинетику
биохимических
реакций
с
их
участием
.
При
этом
важно
,
что
метод
неинвазивный
,
безвредный
,
и
позволяет
исследовать
процессы
,
протекающие
в
живых
организмах
не
внося
никаких
изменений
в
их
жизнедеятельность
.
Явление
ЭПР
,
открытое
в
1944
г
.
советским
физиком
Завойским
Е
.
К
.,
обусловлено
тем
,
что
молекулы
парамагнитных
веществ
обладают
собственным
магнитным
моментом
,
и
благодаря
этому
,
могут
взаимодействовать
с
внешним
магнитным
полем
.
Такие
взаимодействия
ведут
к
изменениям
в
структуре
энергетических
уровней
молекулы
,
что
можно
зарегистрировать
специальной
аппаратурой
.
Парамагнитные
свойства
свободных
радикалов
,
а
также
других
парамагнитных
молекул
обусловлены
наличием
у
них
неспаренных
электронов
.
Известно
,
что
электрон
обладает
собственным
механическим
224
моментом
j
(
спином
),
а
поскольку
электрон
электрически
заряжен
,
это
приводит
к
наличию
у
него
и
соответствующего
магнитного
момента
:
s
e
e
j
m
,
где
e
и
e
m
−
соответственно
,
заряд
и
масса
электрона
.
Но
этот
неспаренный
электрон
одновременно
движется
и
по
своей
орбите
в
атоме
или
молекуле
и
,
как
любой
круговой
ток
,
он
создает
еще
один
орбитальный
магнитный
момент
.
В
результате
полный
магнитный
момент
электрона
в
атоме
или
молекуле
равен
2
e
e
e
g
j
m
.
Множитель
g
,
называемый
фактором
Ланде
,
зависит
от
вида
свободного
радикала
и
для
большинства
изученных
радикалов
принимает
значения
от
2,0000
до
2,0060.
Если
бы
в
молекуле
все
электроны
были
спарены
,
то
их
магнитные
моменты
были
попарно
противоположны
и
скомпенсировали
бы
друг
друга
.
Но
если
атом
или
молекула
имеют
неспаренный
электрон
,
подобно
свободным
радикалам
,
то
его
магнитный
момент
скомпенсирован
не
будет
,
и
молекула
в
целом
будет
иметь
соответствующий
магнитный
момент
,
то
есть
,
обладать
парамагнитными
свойствами
.
В
отсутствие
внешнего
магнитного
поля
этот
факт
никак
не
проявляется
,
поскольку
энергия
электрона
в
атоме
или
молекуле
в
отсутствие
поля
имеет
вполне
определенную
величину
0
E
,
которая
не
зависит
от
величины
и
ориентации
его
магнитного
момента
в
пространстве
,
или
,
другими
словами
,
валентный
электрон
имеет
вполне
определенный
уровень
энергии
0
E
в
молекуле
.
Если
же
поместить
такую
молекулу
во
внешнее
магнитное
поле
индукцией
B
,
то
ее
магнитный
момент
начнет
взаимодействовать
с
этим
внешним
полем
,
стремясь
сориентироваться
относительно
него
определенным
образом
.
При
этом
,
согласно
квантовой
механике
,
магнитный
момент
электрона
может
занять
лишь
два
возможных
положения
:
либо
по
направлению
поля
,
либо
противоположно
ему
.
225
Если
говорить
более
точно
,
то
квантово
-
механическое
рассмотрение
требует
,
чтобы
проекция
механического
момент
электрона
на
направление
внешнего
магнитного
поля
принимала
лишь
определенные
значения
:
2
B
s
h
j
m
где
1
2
s
m
−
магнитное
спиновое
квантовое
число
электрона
.
Энергия
взаимодействия
магнитного
момента
электрона
с
внешним
магнитным
полем
равна
:
.
1
( )
2
2
вз
s
в
B
Б
e
e
E
B
g
j B
g
B
m
.
Постоянная
величина
24
9, 274 10
4
Б
e
eh
m
2
A
м
называется
магнетоном
Бора
.
Теперь
полная
энергия
электрона
в
молекуле
в
магнитном
поле
равна
:
0
0
вз
Б
E E
E
E
g
B
.
Знак
«+»
в
этом
уравнении
соответствует
ориентации
магнитного
момента
электрона
против
направления
поля
,
а
знак
«-»
−
вдоль
поля
.
Таким
образом
,
внесение
молекулы
во
внешнее
магнитное
поле
индукцией
В
приводит
к
расщеплению
прежнего
энергетического
уровня
0
E
на
два
новых
уровня
энергии
:
1
0
1
(
)
2
Б
E
E
g
В
,
1
0
1
(
)
2
Б
E
E
g
В
.
Величина
этого
расщепления
прямо
пропорциональна
величине
внешнего
магнитного
поля
:
2
1
Б
E E
E
g
B
.
Таким
образом
,
основной
энергетический
уровень
парамагнитных
ионов
и
молекул
во
внешнем
магнитном
поле
расщепляется
на
два
энергетических
состояния
1
E
и
2
E
,
различающихся
противоположным
направлением
спина
валентного
электрона
(
рисунок
91).