Care este momentul magnetic? Momentele magnetice ale electronilor și atomilor. Calculul mișcării unui moment magnetic într-un câmp neuniform

MOMENT MAGNETIC- fizică valoare care caracterizează magneticul proprietățile sistemului de încărcare particule (sau particule individuale) și determinarea, împreună cu alte momente multipolare (moment dipol electric, moment cvadrupol etc., vezi Multipoli) interacțiunea sistemului cu extern el-magn. câmpuri și alte sisteme similare.

După ideile clasicului , mag. câmpul este creat prin unde electrice în mișcare. . Deși modernă teoria nu respinge (și chiar prezice) existența particulelor cu magneziu. taxa ( monopol magnetic), astfel de particule nu au fost încă observate experimental și sunt absente din materia obișnuită. Prin urmare, caracteristica elementară a magnetic proprietățile se dovedesc a fi exact masa magnetică.Un sistem care are masă magnetică (vector axial) creează un câmp magnetic la distanțe mari de sistem. camp

(- vector raza punctului de observare). Electricul are un aspect similar. câmp al unui dipol format din două electrice strâns distanțate sarcini de semn opus. Cu toate acestea, spre deosebire de electric moment dipol. M. m. este creat nu printr-un sistem de puncte „încărcări magnetice”, ci prin electricitate. curenții care circulă în sistem. Dacă un electric închis curentul curge într-un volum limitat V, atunci M. m. creat de el este determinat de f-loy

În cel mai simplu caz al unui curent circular închis eu, curgând de-a lungul unei viraj plane a ariei s, iar vectorul MM este îndreptat de-a lungul normalului drept la viraj.

Dacă curentul este creat de mișcarea staționară a punctului electric sarcini cu mase având viteze, atunci masa magnetică rezultată, după cum urmează din formula (1), are forma

unde este implicată media microscopică. magnitudini de-a lungul timpului. Deoarece produsul vectorial din partea dreaptă este proporțional cu vectorul momentului unghiular al particulei (se presupune că vitezele), apoi contribuțiile departamentului. particulele în M. m. iar în momentul numărului de mișcări se dovedește a fi proporțional:

Factorul de proporționalitate e/2ts numit ; această valoare caracterizează legătura universală dintre magneți. si mecanice proprietățile încărcătorului particule în clasic electrodinamică. Totuși, mișcarea purtătorilor de sarcină elementare în materie (electroni) respectă legile care introduc ajustări la cea clasică. imagine. Pe lângă mecanica orbitală moment al mișcării L electronul are o mecanică internă moment - a învârti. Magneismul total al unui electron este egal cu suma magnetismului orbital (2) și a magnetismului de spin.

După cum se poate vedea din acest f-ly (urmând din relativismul Ecuații Dirac pentru electron), giromagn. raportul pentru spin se dovedește a fi exact de două ori mai mare decât pentru impulsul orbital. O caracteristică a conceptului cuantic de magnetism. si mecanice Un alt aspect este că vectorii nu pot avea o direcție definită în spațiu din cauza necomutativității operatorilor de proiecție ai acestor vectori pe axele de coordonate.

Spin M. m. încărcare. particule definite de f-loy (3), numite. normal, pentru un electron este egal magneton Bora. Experiența arată, totuși, că masa moleculară a electronului diferă de (3) printr-o cantitate de ordinul (- constantă de structură fină). Un aditiv similar numit

Câmpul magnetic este caracterizat de două mărimi vectoriale. Inducția câmpului magnetic (inducția magnetică)

unde este valoarea maximă a momentului de forță care acționează asupra unui conductor închis cu o zonă S, prin care curge curentul eu. Direcția vectorului coincide cu direcția brațului drept față de direcția curentului cu orientare liberă a circuitului în câmpul magnetic.

Inducția este determinată în primul rând de curenții de conducție, adică. curenți macroscopici care circulă prin conductori. În plus, curenții microscopici cauzați de mișcarea electronilor pe orbite în jurul nucleelor, precum și momentele magnetice proprii (spin) ale electronilor, contribuie la inducție. Curenții și momentele magnetice sunt orientate într-un câmp magnetic extern. Prin urmare, inducția câmpului magnetic într-o substanță este determinată atât de curenții macroscopici externi, cât și de magnetizarea substanței.

Intensitatea câmpului magnetic este determinată numai de curenții de conducție și curenții de deplasare. Tensiunea nu depinde de magnetizarea substanței și este legată de inducție prin raportul:

unde este permeabilitatea magnetică relativă a substanței (cantitatea adimensională), este constanta magnetică egală cu 4. Dimensiunea intensității câmpului magnetic este de .

Momentul magnetic este o mărime fizică vectorială care caracterizează proprietățile magnetice ale unei particule sau ale unui sistem de particule și determină interacțiunea unei particule sau a unui sistem de particule cu câmpurile electromagnetice externe.

Un rol similar cu o sarcină punctiformă în electricitate este jucat de un conductor închis cu curent, al cărui modul al momentului magnetic în vid este egal cu

unde este puterea curentului și este aria circuitului. Direcția vectorului este determinată de regula braței drepte. În acest caz, momentul magnetic și câmpul magnetic sunt create de un curent macroscopic (curent de conducere), adică. ca urmare a mișcării ordonate a particulelor încărcate - electroni - în interiorul unui conductor. Dimensiunea momentului magnetic este .

Un moment magnetic poate fi creat și de microcurenți. Un atom sau o moleculă constă dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni în mișcare continuă. Pentru a explica o serie de proprietăți magnetice cu o aproximare suficientă, putem presupune că electronii se mișcă în jurul nucleului pe anumite orbite circulare. În consecință, mișcarea fiecărui electron poate fi considerată ca o mișcare ordonată a purtătorilor de sarcină, adică. ca curent electric închis (așa-numitul microcurent sau curent molecular). Puterea curentă euîn acest caz va fi egal cu , unde este sarcina transferată prin secțiunea transversală perpendiculară pe traiectoria electronului în timp , e– modul de încărcare; - frecventa de circulatie a electronilor.

Momentul magnetic cauzat de mișcarea unui electron pe orbită - microcurent - se numește momentul magnetic orbital al electronului. Este egal cu unde S– zona de contur;

, (3)

Unde S– zona orbitală, r– raza acestuia. Ca rezultat al mișcării unui electron în atomi și molecule de-a lungul traiectoriilor închise în jurul unui nucleu sau nuclee, electronul are și un moment unghiular orbital

Iată viteza liniară a electronului pe orbită; - viteza sa unghiulara. Direcția vectorului este legată de regula brațului drept de direcția de rotație a electronului, adică. vectori și sunt reciproc opuse (Fig. 1). Raportul dintre momentul magnetic orbital al unei particule și cel mecanic se numește raport giromagnetic. Împărțind expresiile (3) și (4) între ele, obținem: diferit de zero.

1. Moment magnetic - Vezi Magnetism. Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron
2. momentul magnetic - MOMENTUL MAGNETIC este o mărime vectorială care caracterizează câmpul magnetic. proprietățile materiei. Mm. toate particulele elementare și sistemele formate din acestea (nuclee atomice, atomi, molecule) posedă. Mm. atomi, molecule etc. Enciclopedie chimică
3. MOMENT MAGNETIC - Mărimea principală care caracterizează momentul magnetic. proprietățile insulei. Sursa magnetismului (M. m.), după clasicul. teoria el.-magn. fenomene, fenomene macro și micro(atomice) - electrice. curenti. Elem. Sursa de magnetism este considerată a fi un curent închis. Din experiență și clasici. Dicționar enciclopedic fizic
4. CUPLUL MAGNETIC - CUPLUL MAGNETIC, o măsură a puterii unui magnet permanent sau a unei bobine purtătoare de curent. Este forța maximă de rotire (cuplul de rotație) aplicată unui magnet, bobină sau sarcină electrică într-un CÂMP MAGNETIC împărțit la puterea câmpului. Particulele încărcate și nucleele atomice au, de asemenea, un moment magnetic. Dicționar științific și tehnic
5. MOMENTUL MAGNETIC - MOMENTUL MAGNETIC este o mărime vectorială care caracterizează o substanță ca sursă a unui câmp magnetic. Momentul magnetic macroscopic este creat de curenți electrici închisi și momente magnetice orientate ordonat ale particulelor atomice. Dicționar enciclopedic mare

Moment magnetic

mărimea principală care caracterizează proprietăţile magnetice ale unei substanţe. Sursa magnetismului, conform teoriei clasice a fenomenelor electromagnetice, sunt macro și microcurenți electrici. Sursa elementară a magnetismului este considerată a fi un curent închis. Din experiență și teoria clasică a câmpului electromagnetic rezultă că acțiunile magnetice ale unui curent închis (circuit cu curent) sunt determinate dacă produsul ( M) puterea curentului i după aria conturului σ ( M = iσ /cîn sistemul de unități CGS (vezi sistemul de unități CGS), Cu - viteza luminii). Vector Mși este, prin definiție, M. m. Se poate scrie și sub altă formă: M = m l, Unde m- sarcina magnetică echivalentă a circuitului și l- distanța dintre „încărcăturile” semnelor opuse (+ și - ).

Particulele elementare, nucleele atomice și învelișurile electronice ale atomilor și moleculelor posedă magnetism. Forța moleculară a particulelor elementare (electroni, protoni, neutroni și altele), așa cum a arătat mecanica cuantică, se datorează existenței propriului cuplu mecanic - Spin a. Forțele magnetice ale nucleelor ​​sunt compuse din forțele magnetice intrinseci (spin) ale protonilor și neutronilor care formează aceste nuclee, precum și din forțele magnetice asociate mișcării lor orbitale în interiorul nucleului. Masele moleculare ale învelișurilor de electroni ale atomilor și moleculelor sunt compuse din spin și mase magnetice orbitale ale electronilor. Momentul magnetic de spin al unui electron m sp poate avea două proiecții egale și direcționate opus pe direcția câmpului magnetic extern N. Mărimea absolută a proiecției

unde μ in = (9,274096 ±0,000065) 10 -21 erg/gs - Magneton de bor, h- Constante de scândură , eȘi m e - sarcina și masa electronului, Cu- viteza luminii; SH - proiecția momentului mecanic de spin pe direcția câmpului H. Valoarea absolută a spinului M. m.

Unde s= 1 / 2 - număr cuantic de spin (vezi numere cuantice). Raportul dintre magnetismul spin și momentul mecanic (spin)

de când spin

Studiile spectrelor atomice au arătat că m H sp este de fapt egal nu cu m in, ci cu m in (1 + 0,0116). Acest lucru se datorează efectului asupra electronului al așa-numitelor oscilații în punctul zero ale câmpului electromagnetic (vezi Electrodinamica cuantică, Corecții radiative).

Momentul orbital al unui electron m orb este legat de impulsul orbital mecanic orb prin relația g opb = |m orb | / | orb | = | e|/2m e c, adică raportul magnetomecanic g opb este de două ori mai mic decât g cp. Mecanica cuantică permite doar o serie discretă de posibile proiecții ale m orbs pe direcția câmpului extern (așa-numita cuantizare spațială): m Н orb = m l m in , unde m l - numărul cuantic magnetic luând 2 l+ 1 valori (0, ±1, ±2,..., ± l, Unde l- numărul cuantic orbital). În atomii cu mai mulți electroni, magnetismul orbital și spin sunt determinate de numere cuantice LȘi S momentele totale orbitale și de spin. Adunarea acestor momente se realizează după regulile cuantizării spațiale. Datorită inegalității relațiilor magnetomecanice pentru spinul electronului și mișcarea sa orbitală ( g cn¹ g opb) MM rezultat al învelișului atomic nu va fi paralel sau antiparalel cu momentul său mecanic rezultat J. Prin urmare, componenta totalului MM este adesea considerată în direcția vectorului J, egal cu

Unde g J este raportul magnetomecanic al învelișului de electroni, J- numărul cuantic unghiular total.

Masa moleculară a unui proton al cărui spin este egal cu

Unde Mp- masa protonilor, care este de 1836,5 ori mai mare m e, m otravă - magneton nuclear, egal cu 1/1836,5 m in. Neutronul nu ar trebui să aibă magnetism, deoarece nu are sarcină. Cu toate acestea, experiența a arătat că masa moleculară a unui proton este m p = 2,7927m otravă, iar cea a unui neutron este m n = -1,91315m otravă. Acest lucru se datorează prezenței câmpurilor de mezon în apropierea nucleonilor, care determină interacțiunile nucleare specifice ale acestora (vezi Forțele nucleare, Mezoni) și le afectează proprietățile electromagnetice. Masele moleculare totale ale nucleelor ​​atomice complexe nu sunt multipli de m sau m p și m n. Astfel, M. m. nuclee de potasiu

Pentru a caracteriza starea magnetică a corpurilor macroscopice, se calculează valoarea medie a masei magnetice rezultate a tuturor microparticulelor care formează corpul. Magnetizarea pe unitatea de volum a unui corp se numește magnetizare. Pentru macrocorpi, în special în cazul corpurilor cu ordonare magnetică atomică (ferro-, feri- și antiferomagneți), conceptul de magnetism atomic mediu este introdus ca valoare medie a magnetismului pe un atom (ion) - purtătorul magnetismului. în corp. În substanțele cu ordin magnetic, aceste magnetisme atomice medii se obțin ca coeficientul magnetizării spontane a corpurilor feromagnetice sau a subrețelelor magnetice în fero- și antiferomagneți (la temperatură zero absolută) împărțit la numărul de atomi care poartă magnetismul pe unitatea de volum. De obicei, aceste mase moleculare atomice medii diferă de masele moleculare ale atomilor izolați; valorile lor în magnetoni Bohr m se dovedesc a fi fracționale (de exemplu, în tranziția d-metale Fe, Co și Ni, respectiv, 2,218 m in, 1,715 m in și 0,604 m in) Această diferență se datorează unei modificarea mișcării electronilor d (purtători de magnitudine).într-un cristal în comparație cu mișcarea în atomii izolați. În cazul metalelor din pământuri rare (lantanide), precum și al compușilor fero- sau ferimagnetici nemetalici (de exemplu, ferite), straturile d sau f nefinisate ale învelișului de electroni (principalii purtători atomici ai masa) ionilor vecini din cristal se suprapun slab, astfel încât nu există o colectivizare vizibilă a acestora. Nu există straturi (ca în d-metale), iar greutatea moleculară a unor astfel de corpuri variază puțin în comparație cu atomii izolați. Determinarea experimentală directă a magnetismului asupra atomilor dintr-un cristal a devenit posibilă ca urmare a utilizării difracției magnetice cu neutroni, a spectroscopiei radio (RMN, EPR, FMR etc.) și a efectului Mössbauer. Pentru paramagneți, este posibil să se introducă și conceptul de magnetism atomic mediu, care este determinat prin constanta Curie găsită experimental, care este inclusă în expresia pentru legea Curie a sau legea Curie-Weiss a (vezi Paramagnetism).

Lit.: Tamm I.E., Fundamentele teoriei electricității, ed. a VIII-a, M., 1966; Landau L.D. și Lifshits E.M., Electrodynamics of continuous media, M., 1959; Dorfman Ya. G., Magnetic properties and structure of matter, M., 1955; Vonsovsky S.V., Magnetismul microparticulelor, M., 1973.

S. V. Vonsovsky.

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedia Sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce este „momentul magnetic” în alte dicționare:

Dimensiunea L2I unități SI A⋅m2 ... Wikipedia

Cantitatea principală care caracterizează magnetul. proprietăți în va. Sursa magnetismului (M. m.), după clasicul. teoriile el. mag. fenomene, fenomene macro și micro(atomice) electrice. curenti. Elem. Sursa de magnetism este considerată a fi un curent închis. Din experiență și clasic...... Enciclopedie fizică

Dicţionar enciclopedic mare

CUPLUL MAGNETIC, măsurarea puterii unui magnet permanent sau a unei bobine purtătoare de curent. Este forța maximă de rotire (cuplul de rotație) aplicată unui magnet, bobină sau sarcină electrică într-un CÂMP MAGNETIC împărțit la puterea câmpului. Taxat...... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

MOMENT MAGNETIC- fizică o mărime care caracterizează proprietățile magnetice ale corpurilor și particulelor de materie (electroni, nucleoni, atomi etc.); cu cât este mai mare momentul magnetic, cu atât este mai puternic (vezi) corpul; momentul magnetic determină magnetic (vezi). Deoarece fiecare electrică...... Marea Enciclopedie Politehnică

- (Moment magnetic) produsul dintre masa magnetică a unui magnet dat și distanța dintre polii acestuia. Dicționar marin Samoilov K.I. M. L.: Editura Navală de Stat a NKVMF a URSS, 1941 ... Dicționar marin

moment magnetic- Har ka mag. Sf. in corpuri, conventionale expres. producție valori magnetice încărcați în fiecare pol la o distanță între poli. Subiecte: metalurgie în general moment magnetic EN... Ghidul tehnic al traducătorului

O mărime vectorială care caracterizează o substanță ca sursă a unui câmp magnetic. Momentul magnetic macroscopic este creat de curenți electrici închisi și momente magnetice orientate ordonat ale particulelor atomice. Microparticulele au orbital... Dicţionar enciclopedic

; Sursa elementară a magnetismului este considerată a fi un curent închis). Particulele elementare, nucleele atomice și învelișurile electronice ale atomilor și moleculelor au proprietăți magnetice. Momentul magnetic al particulelor elementare (electroni, protoni, neutroni și altele), așa cum arată mecanica cuantică, se datorează existenței propriului moment mecanic - spin.

Moment magnetic
m → = eu S n → (\displaystyle (\vec (m))=IS(\vec (n)))
Dimensiune	L 2 I
Unități
SI	⋅ 2
Note
cantitatea vectorială

Momentul magnetic este măsurat în ⋅ 2, sau în Wb * m, sau J / T (SI), sau erg / G (SGS), 1 erg / G = 10 −3 J / T. Unitatea specifică a momentului magnetic elementar este magnetonul Bohr.

Formule pentru calcularea momentului magnetic

În cazul unui circuit plat cu curent electric, momentul magnetic se calculează ca

m = I S n (\displaystyle \mathbf (m) =IS\mathbf (n) ),

Unde I (\displaystyle I)- puterea curentului în circuit, S (\displaystyle S)- zona de contur, n (\displaystyle \mathbf (n) )- vector unitar normal la planul conturului. Direcția momentului magnetic se găsește de obicei conform regulii gimletului: dacă rotiți mânerul gimletului în direcția curentului, atunci direcția momentului magnetic va coincide cu direcția mișcării de translație a gimletului.

Pentru o buclă închisă arbitrară, momentul magnetic se găsește din:

m = I 2 ∮ ⁡ [ r , d l ] (\displaystyle \mathbf (m) =(I \over 2)\oint [\mathbf (r) ,d\mathbf (l) ]),

Unde r (\displaystyle \mathbf (r) )- vector rază trasat de la origine până la elementul de lungime a conturului d l (\displaystyle d\mathbf (l) ).

În cazul general al distribuției arbitrare a curentului într-un mediu:

m = 1 2 ∫ V [ r , j ] d V (\displaystyle \mathbf (m) =(1 \over 2)\int \limits _(V)[\mathbf (r) ,\mathbf (j) ]dV ),

Unde j (\displaystyle \mathbf (j) ) -