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Titolo: Paramagnetismo e diamagnetismo

Ho alcuni dubbi sulla teoria del diamagnetismo e del paramagnetismo.
per quanto ho capito le cose stanno così:
- paramagnetici
gli atomi hanno un momento magnetico proprio dovuto al moto orbitale degli
elettroni e un momento magnetico di spin. Se il materiale è soggetto ad un
campo magnetico esterno B il momento magnetico m dell'atomo tende ad
allinearsi a B. La magnetizzazione per unità di volume risulta M=chi*H con
chi piccolo e positivo
- diamagnetici
gli atomi non hanno momento magnetico proprio.
Una variazione del campo magnetico esterno genera una fem
Tale fem fa variare il momento angolare L (che era nullo) e di conseguenza M
(momento meccanico). L'effetto di questo momento meccanico è un moto di
precessione.
la corrente dovuta a tale moto crea un momento magnetico in verso opposto al
campo magnetico esterno B.
Ora: partendo dal fatto che non sono sicuro che questa ricostruzione sia
esatta, ho cmq alcune domande.
-se gli atomi nei diamagnetici non hanno momento magnetico proprio,vuol dire
che la *somma* del momento magnetico di spin e orbitale è nulla?
-per quanto riguarda il moto di precessione io mi sono immaginato l'atomo
come un disco, con al centro il nucleo e gli elettroni che ci girano
intorno. l'asse del disco nel suo moto crea un *cono* rovesciato (dove B è
diretto come l'asse z). Se le cose stanno così, non avrei anche un moto di
precessione dei protoni?
Vi sarò grato se sarete il più puntigliosi possibile, come solo i fisici
sanno fare!
Sandro

Svuotino ha scritto:
 > Ho alcuni dubbi sulla teoria del diamagnetismo e del paramagnetismo.
 > per quanto ho capito le cose stanno così:
- paramagnetici
gli atomi hanno un momento magnetico proprio dovuto al moto orbitale degli
elettroni e un momento magnetico di spin. Se il materiale è soggetto ad un
campo magnetico esterno B il momento magnetico m dell'atomo tende ad
allinearsi a B. La magnetizzazione per unità di volume risulta M=chi*H con
chi piccolo e positivo
- diamagnetici
gli atomi non hanno momento magnetico proprio.
Una variazione del campo magnetico esterno genera una fem
Tale fem fa variare il momento angolare L (che era nullo) e di conseguenza M
(momento meccanico). L'effetto di questo momento meccanico è un moto di
precessione.
la corrente dovuta a tale moto crea un momento magnetico in verso opposto al
campo magnetico esterno B.
 > ...
 > Ora: partendo dal fatto che non sono sicuro che questa ricostruzione
 > sia esatta, ho cmq alcune domande.
La tua ricostruzione ha un solo difetto: e' un modello classico, che
funziona molto per modo di dire.
Piu' avanti scrivi:
 > Vi sarò grato se sarete il più puntigliosi possibile, come solo i
 > fisici sanno fare!
Se si dovesse essere, non dico puntigliosi, ma almeno accurati,
bisognerebbe inevitabilmente scomodare la m.q. e la meccanica
statistica.
Premesso che forse non sarei all'altezza di un discorso preciso, tu
saresti comunque ingrado di seguirlo?
Percio' accontentiamoci di un discorso alla buona, che vale quello che
vale...
 > -se gli atomi nei diamagnetici non hanno momento magnetico
 > proprio,vuol dire che la *somma* del momento magnetico di spin e
 > orbitale è nulla?
Si', ma il fatto e' che un atomo ha piu' elettroni, e di regola quello
che capita e' che entrambi i momenti (orbitale e spin) siano nulli
separatamente.
(Se non erro, e non mi stupirei che ci siano eccezioni...)
 > -per quanto riguarda il moto di precessione io mi sono immaginato
 > l'atomo come un disco, con al centro il nucleo e gli elettroni che ci
 > girano intorno. l'asse del disco nel suo moto crea un *cono*
 > rovesciato (dove B è diretto come l'asse z). Se le cose stanno così,
 > non avrei anche un moto di precessione dei protoni?
I protoni stanno nel nucleo, e da questo punto di vista in pratica
tutto quello che sta nel nucleo conta come un unico oggetto, appunto il
nucleo, che puo' avere o no momento magnetico.
Se ce l'ha, hai il "paramgnetismo nucleare", che pero' e' molto
piccolo, perche i momenti magnetici nucleari sono molto minori
(intorno a 1000 volte) di quello dell'elettrone.
Incidentalmente, e' pero' molto importante, non foss'altro perche' su
di esso si basa la ben nota "risonanza magnetica nucleare".
Parentesi semi-umoristica: da un po' di tempo la RMN non si chiama
piu' cosi', ma solo "risonanza magnetica". Non perche' non sia piu'
nucleare, ma perche' qualcuno ha deciso che il "nucleare" fa paura...
Magari hanno ragione, ma il fatto la dice lunga sull'immagine della
scienza nel grosso pubblico, sulla possibilita' di spiegarsi, ecc.
------------------------------
Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
------------------------------

 separatamente. 
Non credo che si possa fare un'affermazione del genere. Gli atomi dei 
metalli monovalenti, per esempio, hanno L=0 e S=1/2.
-- 
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia


Newsgroups: it.scienza.fisica
Subject: Re: Paramagnetismo e diamagnetismo
Date: Mon, 02 Feb 2004 15:41:28 +0100
Enrico SMARGIASSI ha scritto:
 > In effetti, si puo' dimostrare che nessun modello classico spiega il
 > magnetismo nella materia.
Io non gliel'ho voluto dire ... per non metterlo in crisi ;-)
 >> Si', ma il fatto e' che un atomo ha piu' elettroni, e di regola quello
 >> che capita e' che entrambi i momenti (orbitale e spin) siano nulli
 >> separatamente.
 > Non credo che si possa fare un'affermazione del genere. Gli atomi dei
 > metalli monovalenti, per esempio, hanno L=0 e S=1/2.
Certo, ma il contesto in cui ho scritto quanto sopra era quello delle
sostanze diamagnetiche.
Sembrerebbe ovvio che tutti gli elementi con numero atomico dispari
diano luogo a materiali paramagnetici.
Poi uno si domanda: ma il sodio metallico per es. e' para- o
diamagnetico? Si va a guardare il prezioso CRC, e si scopre che e'
assai debolmente para, come anche il calcio, che pure ha due
elettroni di valenza e nello stato fondamentale ha L=0, S=0.
Continuando l'esame della tabella, si vede ... che era meglio non
guardarla, perche' non ci si capisce niente...
Scherzo, ovviamente: ma il fatto e' che non ha senso occuparsi
dell'atomo isolato, perche' in un solido metallico c'e un gas di
elettroni fortemente degenere che e' debolmente paramagnetico causa
principio di Pauli e distribuzione di Fermi.
Invece il carbonio (diamante) e' diamagnetico perche' la banda
di valenza e' piena...
L'idrogeno gassoso per es. e' diamagnetico perche' ha molecole
biatomiche, pero' O2 e' fortemente paramagnetico...
Insomma, che gli diciamo a Svuotino: che e' inutile che speri di
capire le proprieta' magnetiche con quei modellini che gli raccontano
(e che hanno raccontato anche a me, ai miei tempi)?
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 (e che hanno raccontato anche a me, ai miei tempi)? 
Puo' essere. Recentemente notavo come l'Ashcroft-Mermin, uno dei testi 
piu' diffusi di Fisica dello Stato Solido, inizia con un trattamento 
delle proprieta' elettriche puramente classico (il modello di Drude) per 
poi introdurre via via quelle quantistiche e le altre complicazioni. Le 
proprieta' magnetiche invece sono introdotte immediatamente tramite 
l'hamiltoniana quantistica di interazione campo-materia. Un caso? penso 
di no.
Paradossalmente, il caso forse piu' complicato - ferromagnetismo e 
simili - e' quello che ammette una rappresentazione piu' intuitiva, 
anche se parziale, con spin che si orientano ecc.. Sono modelli 
ultrasemplificati (Ising, Heisenberg) ma fisicamente con un senso preciso.
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