MAGNEETTINEN VÄÄNTÖ- fyysinen. magneettia kuvaava määrä. latausjärjestelmän ominaisuudet. hiukkasten (tai yksittäisten hiukkasten) määrittäminen ja muiden multipolimomenttien (sähköinen dipolimomentti, kvadrupolimomentti jne.) määrittäminen, ks. Multipoli) järjestelmän vuorovaikutus ulkoisen kanssa. el-magn. kentät ja muut vastaavat järjestelmät.

Klassisen käsityksen mukaan sähködynamiikka, magneetti. kenttä syntyy liikkumalla sähköllä. maksuja. Vaikka moderni teoria ei hylkää (ja edes ennusta) magneettisten hiukkasten olemassaoloa. lataa ( magneettiset monopolit) Tällaisia ​​hiukkasia ei ole vielä havaittu kokeellisesti, ja niitä ei ole tavallisessa aineessa. Siksi magneetin perusominaisuus. ominaisuudet osoittautuvat täsmälleen M. m. Järjestelmä, jossa on M. m (aksiaalinen vektori), luo magneettikentän suurilla etäisyyksillä järjestelmästä. ala

(- havaintopisteen sädevektori). Samanlainen näkymä on sähköinen. dipolikenttä, joka koostuu kahdesta lähekkäin olevasta sähköstä. vastakkaisen merkin maksut. Toisin kuin sähkö dipolimomentti. M.m. ei synny piste "magneettisten varausten" järjestelmällä, vaan sähköllä. järjestelmän sisällä kulkevia virtoja. Jos suljettu sähkö tiheysvirta kulkee rajoitetussa tilavuudessa V, silloin hänen luomansa M. m.:n määrää f-loy

Yksinkertaisimmassa tapauksessa suljettu pyöreä virta minä, virtaa pitkin litteää kelaa, jonka pinta-ala on s, , ja M. m:n vektori on suunnattu pitkin kelan oikeaa normaalia.

Jos virta syntyy pistesähkön liikkumattomasta liikkeestä. varaukset massoilla, joiden nopeudet ovat , niin tuloksena olevalla M.m.:lla on f-ly:n (1) muoto

missä tarkoitetaan mikroskooppista keskiarvoa. arvot ajan myötä. Koska oikean puolen vektoritulo on verrannollinen hiukkasen liikemäärän liikemäärävektoriin (oletetaan, että nopeudet ), sitten dep:n panokset. hiukkaset M. m:ssä ja liikkeiden lukumäärän hetkellä ovat verrannollisia:

Suhteellisuustekijä e/2ts nimeltään gyromagneettinen suhde; tämä arvo luonnehtii yleistä yhteyttä magneetin välillä. ja mekaaninen latausominaisuudet. hiukkasia klassisessa sähködynamiikka. Alkuainevarauksenkuljettajien liike aineessa (elektroneissa) noudattaa kuitenkin kvanttimekaniikan lakeja, mikä tekee mukautuksia klassiseen. kuva. Orbitaalimekaanisen lisäksi liikkeen hetki L elektronilla on sisäinen mekaniikka. hetki - takaisin. Elektronin kokonaismagneettikenttä on yhtä suuri kuin kiertoradan magneettikentän (2) ja spin-magneettikentän summa.

Kuten tästä kaavasta voidaan nähdä (seuraa relativistista Diracin yhtälöt elektronille), gyromagneetti. spinin suhde osoittautuu täsmälleen kaksi kertaa kiertoradan liikemäärään verrattuna. Magneetin kvanttikäsitteen ominaisuus. ja mekaaninen momentteja on myös se, että vektoreilla ei voi olla tiettyä suuntaa avaruudessa johtuen näiden vektorien projektiooperaattoreiden ei-kommutatiivisuudesta koordinaattiakseleilla.

Pyöritä M. m. lataus. hiukkaset määritellään f-loy (3), ns. normaalia, elektronille se on magneton Bora. Kokemus kuitenkin osoittaa, että elektronin M. m eroaa arvosta (3) suuruusluokkaa ( on hienorakennevakio). Samanlainen lisäosa ns epänormaali magneettinen momentti, syntyy elektronin vuorovaikutuksesta fotonien kanssa, se kuvataan kvanttielektrodynamiikan puitteissa. Myös muilla alkuainehiukkasilla on poikkeavia magneettisia ominaisuuksia; ne ovat erityisen suuria hadroneille, to-ruisille modernin mukaan. edustajia, on vnutr. rakenne. Siten protonin anomaalinen M.m. on 2,79 kertaa suurempi kuin "normaali" - ydinmagnetoni, ( M- protonin massa) ja neutronin M.m on -1,91, eli se eroaa merkittävästi nollasta, vaikka neutronilla ei ole sähkötehoa. veloittaa. Tällaiset suuret epänormaalit M. m. hadronit johtuvat sisäisistä. osamaksujen liikkumista. kvarkit.

Lit.: Landau L.D., Lifshits E.M., Field Theory, 7. painos, M., 1988; Huang K., Kvarkit, leptonit ja mittakentät, käännös. Englannista, M., 1985. D. V. Giltsov.

Magneettinen momentti

aineen magneettisia ominaisuuksia kuvaava päämäärä. Klassisen sähkömagneettisten ilmiöiden teorian mukaan magnetismin lähde ovat sähköiset makro- ja mikrovirrat. Alkuperäisenä magnetismin lähteenä pidetään suljettua virtaa. Kokemuksesta ja klassisesta sähkömagneettisen kentän teoriasta seuraa, että suljetun virran (virtapiirin) magneettiset vaikutukset määräytyvät, jos tuote tunnetaan ( M) virran voimakkuus iääriviiva-alueelle σ ( M = iσ /c CGS-yksikköjärjestelmässä (katso CGS-yksikköjärjestelmä), Kanssa - valonnopeus). Vektori M ja on määritelmän mukaan M. m. Se voidaan kirjoittaa myös eri muodossa: M = m l, missä m- piirin vastaava magneettinen varaus ja l- vastakkaisten merkkien "latausten" välinen etäisyys (+ ja - ).

M. m:llä on alkuainehiukkasia, atomiytimiä, atomien ja molekyylien elektronikuoria. Alkuainehiukkasten (elektronien, protonien, neutronien ja muiden) mekaaninen massa, kuten kvanttimekaniikka osoittaa, johtuu niiden oman mekaanisen momentin olemassaolosta - Spin a. Ydinmassat koostuvat näiden ytimien muodostavien protonien ja neutronien sisäisistä (spin) massoista sekä massoista, jotka liittyvät niiden kiertoradalle ytimessä. Atomien ja molekyylien elektronikuorten molekyylimassat koostuvat elektronien spin- ja orbitaalisista molekyylimassoista. Elektronin spin-magneettimomentilla m cn voi olla kaksi yhtäläistä ja vastakkain suunnattua projektiota ulkoisen magneettikentän suunnassa N. Projektion itseisarvo

missä μ in \u003d (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg/gs - Boorimagnetoni, h - Planckin vakio e ja m e - elektronin varaus ja massa, Kanssa- valon nopeus; S H- pyörimismekaanisen momentin projektio kentän suuntaan H. Spinin itseisarvo M. m.

missä s= 1/2 - spin-kvanttiluku (katso kvanttiluvut). Spin M. m suhde mekaaniseen momenttiin (takaisin)

spinistä lähtien

Atomispektrien tutkimukset ovat osoittaneet, että m H cn ei itse asiassa ole yhtä kuin m in, vaan m in (1 + 0,0116). Tämä johtuu sähkömagneettisen kentän ns. nollapistevärähtelyjen vaikutuksesta elektroniin (katso Kvanttielektrodynamiikka, Säteilykorjaukset).

Elektronin m orbit kiertorata M. m liittyy mekaaniseen kiertoradan momenttiin orb suhteella g opb = |m orb | / | pallo | = | e|/2m e c, eli magnetomekaaninen suhde g opb on kaksi kertaa pienempi kuin g cn. Kvanttimekaniikka sallii vain diskreetin sarjan mahdollisia projektioita m orb ulkoisen kentän suuntaan (ns. spatiaalinen kvantisointi): m H orb = m l m in , missä minä - magneettinen kvanttiluku ottaa 2 l+ 1 arvot (0, ±1, ±2,..., ± l, missä l- kiertoradan kvanttiluku). Monielektronisissa atomeissa orbitaali- ja spinmagnetismi määräytyvät kvanttiluvuilla L ja S kokonaiskierto- ja spinmomentit. Näiden momenttien lisääminen tapahtuu tilakvantisoinnin sääntöjen mukaisesti. Elektronin spinin ja sen kiertoradan liikkeen magnetomekaanisten suhteiden epätasa-arvoisuuden vuoksi ( g cn ¹ g opb) tuloksena oleva atomikuoren M. m ei ole yhdensuuntainen tai anti-rinnakkais sen tuloksena olevan mekaanisen momentin kanssa J. Siksi usein tarkastellaan kokonais-M.m:n komponenttia vektorin suunnassa J yhtä kuin

missä g J on elektronikuoren magnetomekaaninen suhde, J on kokonaiskulmakvanttiluku.

M. m protonista, jonka spin on

missä Mp on protonin massa, joka on 1836,5 kertaa suurempi m e, m myrkkyydinmagnetoni yhtä suuri kuin 1/1836.5m c. Toisaalta neutronilla ei pitäisi olla MM:ää, koska se on varaukseton. Kokemus on kuitenkin osoittanut, että protonin MM m p = 2,7927m on myrkkyä ja neutronin m n = -1,91315m on myrkkyä. Tämä johtuu nukleonien lähellä olevista mesonikentistä, jotka määrittävät niiden erityiset ydinvuorovaikutukset (katso Ydinvoimat, Mesonit) ja vaikuttavat niiden sähkömagneettisiin ominaisuuksiin. Monimutkaisten atomiytimien kokonaismäärä ei ole m myrkyn tai m p:n ja m n:n kerrannaisia. Siten kaliumin M. m

Makroskooppisten kappaleiden magneettisen tilan karakterisoimiseksi lasketaan kaikkien kappaleen muodostavien mikrohiukkasten tuloksena olevan magneettisen voiman keskiarvo. Magneettikenttää kutsutaan kappaleen tilavuuden yksikkömääräksi magnetisaatioksi. Makrokappaleille, erityisesti kappaleille, joissa on atomimagneettinen järjestys (ferro-, ferri- ja antiferromagneetit), keskimääräisen atomi-M.m.:n käsite otetaan käyttöön keskimääräisenä M.m.-arvona yhtä atomia (ioni) kohti. - M. m:n kantaja kehossa. Aineissa, joilla on magneettinen järjestys, nämä keskimääräiset atomimolekyylimassat saadaan ferri- ja antiferromagneeteissa (absoluuttisessa nollalämpötilassa) olevien ferromagneettisten kappaleiden tai magneettisten alihiljojen spontaanin magnetisoitumisen jakomäärällä molekyyliä kantavien atomien lukumäärällä. massa tilavuusyksikköä kohti. Yleensä nämä keskimääräiset atomimolekyylipainot eroavat eristettyjen atomien molekyylipainoista; niiden arvot Bohrin magnetoneina m osoittautuvat murto-osiksi (esimerkiksi siirtymävaiheessa d-metallien Fe, Co ja Ni vastaavasti 2,218 m in, 1,715 m in ja 0,604 m in) Tämä ero johtuu muutos d-elektronien (M. m.:n kantajat) liikkeessä kiteessä verrattuna liikkeeseen eristettyissä atomeissa. Harvinaisten maametallien (lantanidien) sekä ei-metallisten ferro- tai ferrimagneettisten yhdisteiden (esimerkiksi ferriittien) tapauksessa elektronikuoren keskeneräiset d- tai f-kerrokset (M.:n tärkeimmät atomikantajat. m.) vierekkäisten ionien kiteessä limittyvät heikosti, joten näiden havaittavissa oleva kollektivisointi ei sisällä kerroksia (kuten d-metalleissa), ja tällaisten kappaleiden molekyylimassat muuttuvat vähän verrattuna eristettyihin atomeihin. MM:n suora kokeellinen määritys kiteen atomeista tuli mahdolliseksi magneettisen neutronidiffraktion, radiospektroskopian (NMR, EPR, FMR jne.) ja Mössbauer-ilmiön käytön seurauksena. Paramagneeteille on myös mahdollista ottaa käyttöön keskimääräisen atomimagnetismin käsite, joka määritetään kokeellisesti löydetyn Curie-vakion avulla, joka sisältyy Curien lain a tai Curie-Weissin lain a ilmaisuun (katso paramagnetismi).

Lit.: Tamm I. E., Sähköteorian perusteet, 8. painos, M., 1966; Landau L. D. ja Lifshitz E. M., Electrodynamics of jatkuva media, Moskova, 1959; Dorfman Ya.G., Aineen magneettiset ominaisuudet ja rakenne, Moskova, 1955; Vonsovsky S.V., Mikrohiukkasten magnetismi, M., 1973.

S. V. Vonsovski.

Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja. - M.: Neuvostoliiton tietosanakirja. 1969-1978 .

Katso, mitä "magneettinen hetki" tarkoittaa muissa sanakirjoissa:

Dimension L2I SI yksiköt A⋅m2 ... Wikipedia

Magn. kiinteistöjä wa. Magnetismin lähde (M. m.), klassikon mukaan. sähköpostin teoria. magn. ilmiöt, yavl. makro ja mikro (atomi) sähkö. virrat. Elem. suljettua virtaa pidetään magnetismin lähteenä. Kokemuksesta ja klassikosta...... Fyysinen tietosanakirja

Suuri Ensyklopedinen sanakirja

MAGNEETTIMOMENTTI, kestomagneetin tai virtakelan voimakkuuden mittaus. Tämä on magneettiin, käämiin tai sähkövaraukseen MAGNEETTIKENTÄSSÄ kohdistettu suurin kääntövoima (vääntömomentti) jaettuna kentän voimakkuudella. Ladattu...... Tieteellinen ja tekninen tietosanakirja

MAGNEETTINEN VÄÄNTÖ- fyysinen. arvo, joka kuvaa kappaleiden ja ainehiukkasten (elektronit, nukleonit, atomit jne.) magneettisia ominaisuuksia; mitä suurempi magneettinen momentti, sitä vahvempi (katso) keho; magneettinen momentti määrittää magneettisen (katso). Koska kaikki sähkö...... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

- (Magneettinen momentti) tietyn magneetin magneettisen massan ja sen napojen välisen etäisyyden tulo. Samoilov K.I. Merisanakirja. M. L .: Neuvostoliiton NKVMF:n valtion laivaston kustantamo, 1941 ... Merisanakirja

magneettinen momentti- Har ka magn. sv rungossa, arb. exp. tuote magn. lataa jokaisesta napasta napojen välistä etäisyyttä. Aiheet metallurgia yleisesti FI magneettimomentti … Teknisen kääntäjän käsikirja

Vektorisuure, joka luonnehtii ainetta magneettikentän lähteenä. Makroskooppisen magneettisen momentin synnyttävät suljetut sähkövirrat ja atomihiukkasten järjestykseen suuntautuneet magneettiset momentit. Mikrohiukkasilla on orbitaali... tietosanakirja

MAGNEETTINEN VÄÄNTÖ- on aineen magneettisia ominaisuuksia kuvaava päämäärä. Magnetismin peruslähde on sähkövirta. Vektori, joka määräytyy virran voimakkuuden ja suljetun virtapiirin alueen tulolla, on magneettinen momentti. Tekijänä…… Paleomagnetologia, petromagnetologia ja geologia. Sanakirjan viittaus.

magneettinen momentti- elektromagnetinis momentas statusas T-ala Standardisaatio ir metrologija apibrėžtis Vektorinis dydis, kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momentu: m B = T; čia m - magnetinio momento vectorius, B ... ... Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Sternin ja Gerlachin kokeet

1921 dollarilla O. Stern esitti idean kokeesta atomin magneettisen momentin mittaamiseksi. Hän suoritti tämän kokeen yhteistyössä W. Gerlachin kanssa $ 1922. Sternin ja Gerlachin menetelmässä käytetään sitä tosiasiaa, että atomien (molekyylien) säde pystyy poikkeamaan epähomogeenisessa magneettikentässä. Atomi, jolla on magneettinen momentti, voidaan esittää alkeismagneettina, jolla on pienet mutta rajalliset mitat. Jos tällainen magneetti sijoitetaan tasaiseen magneettikenttään, se ei koe voimaa. Kenttä vaikuttaa tällaisen magneetin pohjois- ja etelänapoihin voimilla, jotka ovat suuruudeltaan samansuuruisia ja vastakkaisia. Tämän seurauksena atomin inertiakeskus on joko levossa tai liikkuu suorassa linjassa. (Tässä tapauksessa magneetin akseli voi värähdellä tai precessoida). Toisin sanoen yhtenäisessä magneettikentässä ei ole voimia, jotka vaikuttavat atomiin ja aiheuttavat sille kiihtyvyyttä. Tasainen magneettikenttä ei muuta magneettikentän induktion suuntien ja atomin magneettisen momentin välistä kulmaa.

Tilanne on toinen, jos ulkoinen kenttä on epähomogeeninen. Tässä tapauksessa magneetin pohjois- ja etelänapaan vaikuttavat voimat eivät ole samat. Tuloksena oleva magneettiin vaikuttava voima on nollasta poikkeava ja se antaa kiihtyvyyden atomiin, kenttää pitkin tai sitä vasten. Seurauksena on, että liikkuessaan epähomogeenisessa kentässä tarkasteltava magneetti poikkeaa alkuperäisestä liikesuunnasta. Tässä tapauksessa poikkeaman suuruus riippuu kentän epähomogeenisuuden asteesta. Merkittäviä poikkeamia saavuttaakseen kentän tulee muuttua jyrkästi jo magneetin pituuden sisällä (atomin lineaariset mitat ovat $\noin (10)^(-8)cm$). Kokeilijat saavuttivat tällaisen heterogeenisyyden kentän luovan magneetin suunnittelun avulla. Yksi kokeen magneetti näytti terältä, toinen oli litteä tai siinä oli lovi. Magneettiset viivat paksuuntuivat "terässä", joten intensiteetti tällä alueella oli huomattavasti suurempi kuin litteässä navassa. Ohut atomisäde lensi näiden magneettien välissä. Yksittäiset atomit poikkeutettiin syntyneessä kentässä. Näytöllä havaittiin yksittäisten hiukkasten jälkiä.

Klassisen fysiikan käsitteiden mukaan atomissäteen magneettisilla momenteilla on eri suunnat jonkin akselin $Z$ suhteen. Mitä se tarkoittaa: magneettisen momentin ($p_(mz)$) projektio tälle akselille ottaa kaikki välin arvot välillä $\left|p_m\right|$ arvoon -$\left|p_m\right |$ (jossa $\left|p_( mz)\right|-$ magneettinen momenttimoduuli). Näytöllä säteen pitäisi näkyä laajentuneena. Kuitenkin kvanttifysiikassa, jos kvantisointi otetaan huomioon, niin kaikki magneettisen momentin orientaatiot eivät tule mahdollisiksi, vaan vain rajallinen määrä niistä. Siten ruudulla atomisäteen jälki jaettiin tietyksi määräksi yksittäisiä jälkiä.

Suoritetut kokeet osoittivat, että esimerkiksi litiumatomien säde jakautui 24 dollarin säteiksi. Tämä on perusteltua, koska päätermi $Li - 2S$ on termi (yksi valenssielektroni, jonka spin $\frac(1)(2)\ $ s-radalla, $l=0).$ on mahdollista tee johtopäätös magneettisen momentin suuruudesta. Näin Gerlach osoitti, että spin-magneettimomentti on yhtä suuri kuin Bohrin magnetoni. Eri elementtien tutkimukset osoittivat täydellisen yhtäpitävyyden teorian kanssa.

Stern ja Rabi mittasivat ytimien magneettiset momentit tällä menetelmällä.

Joten jos projektio $p_(mz)$ kvantisoidaan, sen mukana kvantisoidaan keskimääräinen voima, joka vaikuttaa atomiin magneettikentästä. Sternin ja Gerlachin kokeet osoittivat magneettisen kvanttiluvun projektion kvantisoinnin $Z$-akselille. Kävi ilmi, että atomien magneettiset momentit suuntautuvat $Z$-akselin suuntaisesti, niitä ei voida suunnata kulmassa tähän akseliin nähden, joten jouduimme hyväksymään, että magneettisten momenttien suuntaus suhteessa magneettikenttään muuttuu diskreetti . Tätä ilmiötä on kutsuttu tilakvantisaatioksi. Atomien tilojen lisäksi myös atomin magneettisten momenttien orientaatioiden diskreetti ulkoisessa kentässä on pohjimmiltaan uusi ominaisuus atomien liikkeessä.

Kokeet selitettiin täydellisesti elektronin spinin löytämisen jälkeen, kun havaittiin, että atomin magneettista momenttia ei aiheuta elektronin kiertorata, vaan hiukkasen sisäinen magneettimomentti, joka liittyy sen kiertoradalle. sisäinen mekaaninen momentti (spin).

Magneettimomentin liikkeen laskeminen epähomogeenisessa kentässä

Olkoon atomi liikkua epähomogeenisessa magneettikentässä, sen magneettinen momentti on $(\overrightarrow(p))_m$. Siihen vaikuttava voima on:

Yleensä atomi on sähköisesti neutraali hiukkanen, joten muut voimat eivät vaikuta siihen magneettikentässä. Tutkimalla atomin liikettä epähomogeenisessa kentässä voidaan mitata sen magneettinen momentti. Oletetaan, että atomi liikkuu $X$-akselia pitkin, kentän epähomogeenisuus syntyy $Z$-akselin suunnassa (kuva 1):

Kuva 1.

\frac()()\frac()()

Ehtojen (2) avulla muunnamme lausekkeen (1) muotoon:

Magneettikenttä on symmetrinen y=0-tason suhteen. Voidaan olettaa, että atomi liikkuu tässä tasossa, mikä tarkoittaa, että $B_x=0.$ yhtäläisyys $B_y=0$ rikotaan vain pienillä alueilla lähellä magneetin reunoja (jätämme huomiotta tämän rikkomuksen). Yllä olevasta seuraa, että:

Tässä tapauksessa lausekkeet (3) ovat muotoa:

Atomien precessio magneettikentässä ei vaikuta $p_(mz)$. Kirjoitamme atomin liikeyhtälön magneettien väliseen tilaan muodossa:

missä $m$ on atomin massa. Jos atomi kulkee magneettien välisen polun $a$, se poikkeaa X-akselilta etäisyyden verran, joka on yhtä suuri kuin:

missä $v$ on atomin nopeus $X$-akselilla. Jättääkseen magneettien välisen tilan atomi jatkaa liikkumista vakiokulmassa $X$-akseliin nähden suoraa linjaa pitkin. Kaavassa (7) tunnetaan suuret $\frac(\partial B_z)(\partial z)$, $a$, $v\ ja\ m$, mittaamalla z voidaan laskea $p_(mz)$.

Esimerkki 1

Harjoittele: Kuinka monta komponenttia Sternin ja Gerlachin kokeen kaltaisessa kokeessa atomisäde jakautuu, jos ne ovat tilassa $()^3(D_1)$?

Ratkaisu:

Termi jakautuu $N=2J+1$ alitasoiksi, jos Lande-kerroin on $g\ne 0$, missä

Löytääksemme komponenttien määrän, joihin atomisäde jakautuu, on määritettävä sisäinen kokonaiskvanttiluku $(J)$, monikertaisuus $(S)$, orbitaalikvanttiluku, verrattava Landen kertojaa nollaan ja jos se on muu kuin nolla, laske alatasojen lukumäärä.

1) Tarkastellaan tätä varten atomin tilan symbolisen tietueen rakennetta ($3D_1$). Termimme tulkitaan seuraavasti: symboli $D$ vastaa kiertoradan kvanttilukua $l=2$, $J=1$, $(S)$:n monikerta on yhtä suuri kuin $2S+1=3\to S = 1 $.

Laskemme $g,$ käyttämällä kaavaa (1.1):

Komponenttien lukumäärä, joihin atomisäde on jaettu, on yhtä suuri:

Vastaus:$N = 3.$

Esimerkki 2

Harjoittele: Miksi Sternin ja Gerlachin kokeessa elektronin spinin havaitsemiseen käytettiin vetyatomien sädettä, joka oli $1s$-tilassa?

Ratkaisu:

Tilassa $s-$ elektronin $(L)$ kulmamomentti on yhtä suuri kuin nolla, koska $l=0$:

Atomin magneettinen momentti, joka liittyy elektronin liikkumiseen kiertoradalla, on verrannollinen mekaaniseen momenttiin:

\[(\overrightarrow(p))_m=-\frac(q_e)(2m)\overrightarrow(L)(2.2)\]

joten se on yhtä suuri kuin nolla. Tämä tarkoittaa, että magneettikentän ei pitäisi vaikuttaa vetyatomien liikkeisiin perustilassa, eli jakaa hiukkasten virtausta. Mutta spektriinstrumentteja käytettäessä osoitettiin, että vetyspektrin viivat osoittavat hienon rakenteen (doplettien) olemassaolon, vaikka magneettikenttää ei olisikaan. Hienorakenteen olemassaolon selittämiseksi esitettiin ajatus elektronin luontaisesta mekaanisesta kulmamomentista avaruudessa (spin).

Kelan magneettinen momentti virralla on fysikaalinen suure, kuten mikä tahansa muu magneettinen momentti, joka luonnehtii tietyn järjestelmän magneettisia ominaisuuksia. Meidän tapauksessamme järjestelmää edustaa pyöreä silmukka virralla. Tämä virta luo magneettikentän, joka on vuorovaikutuksessa ulkoisen magneettikentän kanssa. Se voi olla joko maan kenttä tai vakion tai sähkömagneetin kenttä.

Kuva— 1 pyöreä kierros virralla

Pyöreä käämi virralla voidaan esittää lyhyenä magneettina. Lisäksi tämä magneetti suunnataan kohtisuoraan kelan tasoon nähden. Tällaisen magneetin napojen sijainti määritetään gimlet-säännön avulla. Sen mukaan pohjoinen plus jää kelan tason taakse, jos siinä oleva virta liikkuu myötäpäivään.

Kuva— 2 Kuvitteellinen tankomagneetti kelan akselilla

Ulkoinen magneettikenttä vaikuttaa tähän magneettiin, toisin sanoen pyöreään käämiimme virralla, kuten kaikkiin muihinkin magneetteihin. Jos tämä kenttä on tasainen, syntyy vääntömomentti, joka pyrkii kääntämään kelaa. Kenttä pyörittää kelaa niin, että sen akseli sijaitsee kenttää pitkin. Tässä tapauksessa itse kelan voimalinjojen, kuten pienen magneetin, on oltava suunnassa samansuuntaisia ​​ulkoisen kentän kanssa.

Jos ulkoinen kenttä ei ole tasainen, vääntömomenttiin lisätään translaatioliike. Tämä liike johtuu siitä, että kentän alueet, joilla on korkeampi induktio, houkuttelevat magneettiamme kelan muodossa enemmän kuin alueet, joilla on pienempi induktio. Ja kela alkaa liikkua kohti kenttää suuremmalla induktiolla.

Pyöreän käämin magneettisen momentin suuruus virralla voidaan määrittää kaavalla.

Kaava - 1 Kelan magneettinen momentti

Missä I-virta kulkee kelan läpi

Kelan S-alue virralla

n on normaali tasoon nähden, jossa kela sijaitsee

Siten kaavasta voidaan nähdä, että kelan magneettinen momentti on vektorisuure. Eli voiman suuruuden, eli sen moduulin, lisäksi sillä on myös suunta. Magneettinen momentti sai tämän ominaisuuden, koska se sisältää normaalivektorin kelan tasoon.

Materiaalin vahvistamiseksi voit suorittaa yksinkertaisen kokeen. Tätä varten tarvitsemme kuparilangasta valmistetun pyöreän kelan, joka on kytketty akkuun. Tässä tapauksessa lyijyjohtojen tulee olla riittävän ohuita ja mieluiten kierrettyjä yhteen. Tämä vähentää niiden vaikutusta kokemukseen.

Kuva—

Riputetaan nyt kierros lyijyjohtimiin yhtenäisessä magneettikentässä, joka syntyy esimerkiksi kestomagneettien avulla. Kela on edelleen jännitteetön, ja sen taso on yhdensuuntainen voimakenttälinjojen kanssa. Tässä tapauksessa sen kuvitteellisen magneetin akseli ja navat ovat kohtisuorassa ulkoisen kentän linjoihin nähden.

Kuva—

Kun kelaan syötetään virtaa, sen taso kääntyy kohtisuoraan kestomagneetin voimalinjoja vastaan ​​ja akselista tulee yhdensuuntainen niiden kanssa. Lisäksi kelan pyörimissuunta määräytyy kiinnityssäännön mukaan. Ja tarkasti ottaen suunta, johon virta kulkee kelan läpi.

Kun aine asetetaan ulkoiseen kenttään, se voi reagoida tähän kenttään ja itsestään tulla magneettikentän lähteeksi (magnetoitua). Tällaisia ​​aineita kutsutaan magneetit(vertaa eristeiden käyttäytymiseen sähkökentässä). Magneetit jaetaan magneettisten ominaisuuksiensa mukaan kolmeen pääryhmään: diamagneetit, paramagneetit ja ferromagneetit.

Eri aineet magnetoidaan eri tavoin. Aineen magneettiset ominaisuudet määräytyvät elektronien ja atomien magneettisten ominaisuuksien perusteella. Suurin osa aineista on heikosti magnetoituneita - nämä ovat diamagneetteja ja paramagneetteja. Jotkut aineet normaaleissa olosuhteissa (kohtalaisissa lämpötiloissa) voivat magnetoitua erittäin voimakkaasti - nämä ovat ferromagneetteja.

Monilla atomeilla on nettomagneettinen momentti nolla. Tällaisista atomeista koostuvat aineet ovat diamagetiikka. Näitä ovat esimerkiksi typpi, vesi, kupari, hopea, suola NaCl, piidioksidi Si0 2 . Aineet, joissa atomin tuloksena oleva magneettinen momentti on eri kuin nolla, kuuluvat paramagneetit. Esimerkkejä paramagneeteista ovat: happi, alumiini, platina.

Seuraavassa magneettisista ominaisuuksista puhuttaessa tulee mieleen pääasiassa diamagneetteja ja paramagneetteja, ja pienen ferromagneettiryhmän ominaisuuksia tullaan joskus käsittelemään erityisesti.

Tarkastellaan ensin aineen elektronien käyttäytymistä magneettikentässä. Oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi, että elektroni pyörii atomissa ytimen ympärillä nopeudella v kiertoradalla, jonka säde on r. Tällainen liike, jolle on tunnusomaista kiertoradan kulmamomentti, on olennaisesti ympyrävirtaa, jolle on tunnusomaista vastaavasti kiertoradan magneettinen momentti.

tilavuus r orb. Perustuu kehän ympärillä tapahtuvaan vallankumousjaksoon T= - Meillä on se

mielivaltainen piste kiertoradalla, jonka elektroni leikkaa aikayksikköä kohti -

yhden kerran. Siksi pyöreä virta, joka on yhtä suuri kuin pisteen läpi kulkeva varaus aikayksikköä kohti, saadaan lausekkeella

Vastaavasti, elektronin kiertoradalla oleva magneettinen momentti kaavan (22.3) mukaan on yhtä suuri kuin

Radan kulmamomentin lisäksi elektronilla on myös oma kulmamomenttinsa, ns takaisin. Spiniä kuvaavat kvanttifysiikan lait, ja se on elektronin kaltaisen massan ja varauksen luontainen ominaisuus (katso lisätietoja kvanttifysiikan osiosta). Sisäinen kulmamomentti vastaa elektronin sisäistä (spin) magneettista momenttia r sp.

Atomien ytimillä on myös magneettinen momentti, mutta nämä momentit ovat tuhansia kertoja pienempiä kuin elektronien momentit, ja ne voidaan yleensä jättää huomiotta. Tämän seurauksena magneetin kokonaismagneettinen momentti R t on yhtä suuri kuin magneetin elektronien orbitaali- ja spinmagneettisten momenttien vektorisumma:

Ulkoinen magneettikenttä vaikuttaa niiden ainehiukkasten orientaatioon, joilla on magneettisia momentteja (ja mikrovirtoja), minkä seurauksena aine magnetoituu. Tämän prosessin ominaisuus on magnetointivektori J, yhtä suuri kuin magneetin hiukkasten kokonaismagneettisen momentin suhde magneetin tilavuuteen AV:

Magnetoituminen mitataan A/m.

Jos magneetti asetetaan ulkoiseen magneettikenttään В 0, niin seurauksena

magnetoinnissa syntyy mikrovirtojen B sisäkenttä, jolloin tuloksena oleva kenttä on yhtä suuri kuin

Harkitse magneettia sylinterin muodossa, jossa on pohjapinta-ala S ja korkeus /, sijoitettu tasaiseen ulkoiseen magneettikenttään induktiolla Klo 0. Tällainen kenttä voidaan luoda esimerkiksi solenoidilla. Mikrovirtojen suuntaus ulkokentässä tulee järjestykseen. Tässä tapauksessa diamagneettien mikrovirtojen kenttä on suunnattu vastapäätä ulkoista kenttää, ja paramagneettien mikrovirtojen kenttä osuu yhteen ulkoisen kentän suunnassa.

Missä tahansa sylinterin osassa mikrovirtojen järjestys johtaa seuraavaan vaikutukseen (kuva 23.1). Magneetin sisällä tilatut mikrovirrat kompensoidaan viereisillä mikrovirroilla ja kompensoimattomat pintamikrovirrat kulkevat sivupintaa pitkin.

Näiden kompensoimattomien mikrovirtojen suunta on yhdensuuntainen (tai vastasuuntainen) solenoidissa kulkevan virran kanssa, mikä muodostaa ulkoisen nollan. Yleisesti ottaen he Riisi. 23.1 anna sisäinen kokonaisvirta Tämä pintavirta luo sisäisen mikrovirtakentän B v lisäksi virran ja kentän välinen yhteys voidaan kuvata kaavalla (22.21) solenoidin nollalle:

Tässä magneettinen permeabiliteetti on yhtä suuri kuin yksikkö, koska väliaineen rooli otetaan huomioon tuomalla pintavirta; solenoidin käämikierrosten tiheys vastaa yhtä solenoidin koko pituudelta /: n = yksi //. Tässä tapauksessa pintavirran magneettisen momentin määrää koko magneetin magnetointi:

Kahdesta viimeisestä kaavasta, ottaen huomioon magnetoinnin määritelmä (23.4), se seuraa

tai vektorimuodossa

Sitten kaavasta (23.5) saamme

Kokemus magnetisoinnin riippuvuuden tutkimisesta ulkoisen kentän voimakkuudesta osoittaa, että kenttää voidaan yleensä pitää heikkona, ja Taylor-sarjan laajennuksessa riittää rajoittuminen lineaariseen termiin:

jossa dimensioton suhteellisuuskerroin x - magneettinen herkkyys aineet. Tämä mielessämme olemme

Vertaamalla viimeistä magneettisen induktion kaavaa hyvin tunnettuun kaavaan (22.1), saadaan magneettisen permeabiliteetin ja magneettisen suskeptibiliteettisuhde:

Huomaa, että diamagneettien ja paramagneettien magneettisen suskeptibiliteettiarvot ovat pieniä ja ovat yleensä modulo 10 "-10 4 (diamagneeteille) ja 10 -8 - 10 3 (paramagneeteille). Tässä tapauksessa diamagneeteille X x > 0 ja p > 1.