Магнітні моменти електронів і атомів - студопедія
МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ
Розглядаючи дію магнітного поля на провідники зі струмом і на дві-жущіеся заряди, ми не цікавилися процесами, що відбуваються в вещест-ве. Властивості середовища враховувалися формально за допомогою магнітної проникними-мости. Для того щоб розібратися в магнітних властивостях середовищ і їх вплив на магнітну індукцію, необхідно розглянути дію магнітного поля на атоми і молекули речовини.
Досвід показує, що всі речовини, вміщені в магнітне поле, намага-нічіваются. Розглянемо причину цього явища з точки зору будови ато-мов і молекул, поклавши в основу гіпотезу Ампера, згідно з якою в будь-якому гелі існують мікроскопічні струми, обумовлені рухом електро-нів в атомах і молекулах
Для якісного пояснення магнітних явищ з достатнім при-наближенні можна вважати, що електрон в атомі рухається по кругових орбі-там. Електрон, що рухається по одній з таких орбіт, еквівалентний круговому струму, тому він має орбітальним магнітним моментом мо-дуль якого
де I = e # 957; - сила струму, # 957; - частота обертання електрона по орбіті, S - площа орбіти. Якщо електрон рухається проти годинникової стрілки (Рис. 56), то струм направлений проти годинникової стрілки, і вектор відповідно до правила віта спрямований перпендикулярно площині орбіти електрона. З іншого боку, що рухається по орбіті електрон володіє механічним моментом імпульсу, модуль якого
де. Вектор Lc (його напрямок також підпорядковується правилу правого гвинта) називається орбітальним механічним момен-том електрона. З рис. 47 випливає, чго напрямки Р | П і Lc протилежні, тому, з огляду на вираження (4.1) і (4.2), отримаємо,
де величина називається г і р про магнітним відношенням орбітальних моментів (загальноприйнято писати зі знаком мінус, що вказує на те, що напрямки моментів протилежні). Це ставлення, яке визначається універсальними постійними, однаково для будь-якої орбіти, хоча для різних орбіт значення V і г різні. Формула виведена для кругової орбіти, але вона справедлива і для еліптичних орбіт. Експериментальне визначення гіромагнітного відносини проведено в дослідах Енштейна і де Гааза, які спостерігали поворот вільно підвішений-ного на найтоншої кварцової нитки залізного стрижня при його намагнічуванні в зовнішньому магнітному полі. При дослідженні вимушених крутильних ко-лебанія стрижня визначалося гіромагнітне ставлення, яке виявилося рівним. Таким чином, знак носіїв, що обумовлює молекулярні струми, збігався зі знаком заряду електрона, а гіромагнітне ставлення оказа-лось в два рази більшим, ніж введена раніше величина g. Для пояснення це-го результату, що мав велике значення для подальшого розвитку фізики, було припущено, а згодом доведено, що, крім орбітальних моментів, електрон володіє власним механічним моментом і м п у л ь с a званим спіном. Вважалося, що спін обумовлений обертанням електрона навколо своєї осі, що призвело до цілого ряду суперечать-чий. В даний час встановлено, що спін є невід'ємною властивістю електрона, подібно до його заряду і масі. Спину електрона відповідає власний (спіновий) магнітний момент, пропорції-ний і спрямований у протилежний бік:
Величина gs називається гіромагнітного відношення спи-нових моменто в.
Проекція власного магнітного моменту на напрямок вектора може приймати тільки одне з таких двох значень:
де (h - постійна Планка), # 956; b -магнетон Злодія, який є одиницею магнітного моменту електрона.
У загальному випадку магнітний момент електрона складається з орбиталь-ного і спінового магнітних моментів. Магнітний момент атома, таким чи-тельно, складається з магнітних моментів входять до його складу електро-нів і магнітного моменту ядра (обумовлений магнітними моментами входять в ядро протонів і нейтронів).
Однак магнітні момент ядер в тисячі разів менше магнітних моментів електронів, тому ними нехтують Таким чином, загальний магнітний момент атома (молекули) дорівнює векторній сумі магнітних моментів (ор-бітальних і спінових) входять в атом (молекулу) електронів:
Ще раз звернемо увагу на те, що при розгляді магнітних момен-тов електронів і атомів ми користувалися класичною теорією, не враховуючи обмежень, що накладаються на рух електронів законами квантової ме--Ханик. Однак це не суперечить отриманим результатам, тому що для даль-шого пояснення намагнічування речовин істотно лише те, що атоми мають магнітними моментами.