TORSI MAGNETIK- fisik. kuantitas yang mencirikan magnet. sifat sistem muatan. partikel (atau partikel individu) dan menentukan, bersama dengan momen multipol lainnya (momen dipol listrik, momen quadrupole, dll., lihat multipoli) interaksi sistem dengan eksternal. el-mag. lapangan dan sistem serupa lainnya.

Menurut ide-ide klasik elektrodinamika, magnet. medan dibuat dengan menggerakkan listrik. biaya. Meskipun modern teori tidak menolak (dan bahkan memprediksi) keberadaan partikel dengan magnet. mengenakan biaya ( monopol magnetik), partikel tersebut belum diamati secara eksperimental dan tidak ada dalam materi biasa. Oleh karena itu, karakteristik dasar magnet. properti ternyata persis M. m. Sebuah sistem yang memiliki M. m. (vektor aksial) menciptakan medan magnet pada jarak yang jauh dari sistem. bidang

(- vektor radius titik pengamatan). Pandangan serupa memiliki listrik. medan dipol, terdiri dari dua listrik yang berjarak dekat. muatan berlawanan tanda. Namun, tidak seperti listrik momen dipol. M. m. dibuat bukan oleh sistem titik "muatan magnet", tetapi oleh listrik. arus yang mengalir di dalam sistem. Jika listrik tertutup arus kerapatan mengalir dalam volume terbatas V, maka M.m. yang dibuat olehnya ditentukan oleh f-loy

Dalam kasus paling sederhana dari arus melingkar tertutup Saya, mengalir sepanjang kumparan datar dengan luas s, , dan vektor M. m diarahkan sepanjang garis normal kanan ke kumparan.

Jika arus diciptakan oleh gerakan stasioner titik listrik. muatan dengan massa yang memiliki kecepatan , maka M. m yang dihasilkan, sebagai berikut dari f-ly (1), memiliki bentuk

di mana dimaksud rata-rata mikroskopis. nilai dari waktu ke waktu. Karena produk vektor di sisi kanan sebanding dengan vektor momentum dari momentum partikel (diasumsikan bahwa kecepatan ), maka kontribusi dari dep. partikel dalam M. m. dan pada saat jumlah gerakan sebanding:

Faktor proporsionalitas e/2ts ditelepon rasio gyromagnetik; nilai ini mencirikan koneksi universal antara magnet. dan mekanik biaya properti. partikel dalam klasik elektrodinamika. Namun, pergerakan pembawa muatan dasar dalam materi (elektron) tunduk pada hukum mekanika kuantum, yang membuat penyesuaian dengan klasik. gambar. Selain mekanik orbital momen gerak L Elektron memiliki mekanisme internal momen - kembali. Medan magnet total elektron sama dengan jumlah medan magnet orbit (2) dan medan magnet spin.

Seperti yang dapat dilihat dari rumus ini (mengikuti dari relativistik persamaan dirac untuk elektron), giromagnet. rasio untuk putaran ternyata tepat dua kali lipat untuk momentum orbital. Sebuah fitur dari konsep kuantum magnet. dan mekanik momen juga merupakan fakta bahwa vektor tidak dapat memiliki arah yang pasti dalam ruang karena non-komutatifitas dari operator proyeksi vektor-vektor ini pada sumbu koordinat.

Putar muatan M. m. partikel didefinisikan f-loy (3), disebut. normal, untuk elektron adalah magneton bora. Akan tetapi, pengalaman menunjukkan bahwa M.m. sebuah elektron berbeda dari (3) dengan urutan besarnya ( adalah konstanta struktur halus). Suplemen serupa yang disebut momen magnet abnormal, muncul karena interaksi elektron dengan foton, itu dijelaskan dalam kerangka elektrodinamika kuantum. Partikel elementer lainnya juga memiliki sifat magnetik anomali; mereka sangat besar untuk hadron, to-rye, menurut modern. representasi, memiliki vnutr. struktur. Jadi, anomali M. m. dari proton adalah 2,79 kali lebih besar dari yang "normal" - magneton nuklir, ( M- massa proton), dan M. m. neutron sama dengan -1,91, yaitu berbeda secara signifikan dari nol, meskipun neutron tidak memiliki daya listrik. mengenakan biaya. M. m. hadron anomali besar seperti itu karena internal. pergerakan muatan konstituennya. quark.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Field Theory, edisi ke-7., M., 1988; Huang K., Quarks, leptons and gauge field, transl. dari bahasa Inggris, M., 1985. D.V. Giltsov.

Momen magnetik

kuantitas utama yang mencirikan sifat magnetik suatu zat. Sumber magnetisme, menurut teori klasik fenomena elektromagnetik, adalah arus listrik makro dan mikro. Sumber magnetisme dasar dianggap sebagai arus tertutup. Dari pengalaman dan teori klasik medan elektromagnetik, dapat disimpulkan bahwa aksi magnetik dari arus tertutup (rangkaian dengan arus) ditentukan jika produk diketahui ( M) kekuatan saat ini saya ke daerah kontur ( M = sayaσ /c dalam sistem satuan CGS (Lihat sistem satuan CGS), dengan - kecepatan cahaya). vektor M dan, menurut definisi, M. m. Itu juga dapat ditulis dalam bentuk yang berbeda: M = saya, di mana m- muatan magnet ekivalen dari rangkaian, dan aku- jarak antara "muatan" dari tanda yang berlawanan (+ dan - ).

M. m memiliki partikel elementer, inti atom, kulit elektron atom dan molekul. Massa mekanik partikel elementer (elektron, proton, neutron, dan lain-lain), seperti yang ditunjukkan oleh mekanika kuantum, disebabkan oleh keberadaan momen mekanisnya sendiri - Spin a. Massa nuklir terdiri dari massa intrinsik (putaran) proton dan neutron yang membentuk inti ini, serta massa yang terkait dengan gerakan orbitnya di dalam inti. Massa molekul kulit elektron atom dan molekul terdiri dari spin dan massa molekul orbital elektron. Momen magnet spin elektron m cn dapat memiliki dua proyeksi yang sama dan berlawanan arah pada arah medan magnet luar. N. Nilai absolut dari proyeksi

di mana dalam \u003d (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg/gs - Boron magneton, h - Konstanta Planck , e dan m e - muatan dan massa elektron, dengan- kecepatan cahaya; SH- proyeksi momen mekanik putaran pada arah medan H. Nilai mutlak spin M. m.

di mana s= 1/2 - spin bilangan kuantum (Lihat bilangan kuantum). Rasio putaran M.m. dengan momen mekanis (belakang)

sejak berputar

Studi spektrum atom telah menunjukkan bahwa m H cn sebenarnya tidak sama dengan m in, tetapi m in (1 + 0,0116). Ini disebabkan oleh aksi pada elektron dari apa yang disebut osilasi titik nol dari medan elektromagnetik (lihat Elektrodinamika kuantum, Koreksi radiasi).

Orbital M. m dari sebuah elektron m orb terkait dengan momen orbital mekanis oleh relasi g opb = |m bola | / | bola | = | e|/2m e c, yaitu, rasio magnetomekanik g opb dua kali lebih kecil dari g cn. Mekanika kuantum hanya memungkinkan serangkaian proyeksi diskrit yang mungkin m orb ke arah medan eksternal (yang disebut kuantisasi spasial): m H orb = m l m in , dimana m l - bilangan kuantum magnetik mengambil 2 aku+ 1 nilai (0, ±1, ±2,..., ± aku, di mana aku- bilangan kuantum orbital). Dalam atom multielektron, magnetisme orbital dan spin ditentukan oleh bilangan kuantum L dan S total momen orbital dan spin. Penambahan momen-momen ini dilakukan sesuai dengan aturan kuantisasi spasial. Karena ketidaksamaan hubungan magnetomekanik untuk spin elektron dan gerakan orbitalnya ( g cn g opb) M. m yang dihasilkan dari kulit atom tidak akan sejajar atau antiparalel dengan momen mekanis yang dihasilkan J. Oleh karena itu, komponen dari total M. m sering dianggap dalam arah vektor J sama dengan

di mana g J adalah rasio magnetomekanis kulit elektron, J adalah bilangan kuantum sudut total.

M.m. dari sebuah proton yang spinnya adalah

di mana Mp adalah massa proton, yaitu 1836,5 kali lebih besar m e , m racun - magneton nuklir sama dengan 1/1836.5m c. Neutron, di sisi lain, seharusnya tidak memiliki MM, karena tidak bermuatan. Namun, pengalaman menunjukkan bahwa MM proton m p = 2.7927m adalah racun, dan MM neutron m n = -1.91315m adalah racun. Hal ini disebabkan adanya medan meson di dekat nukleon, yang menentukan interaksi nuklir spesifiknya (lihat Gaya nuklir, Meson) dan memengaruhi sifat elektromagnetiknya. Total M. m dari inti atom kompleks bukanlah kelipatan dari m racun atau m p dan m n. Jadi, inti M.m. kalium

Untuk mengkarakterisasi keadaan magnetik benda makroskopik, nilai rata-rata gaya magnet yang dihasilkan dari semua partikel mikro yang membentuk benda dihitung. Mengacu pada satuan volume benda, medan magnet disebut magnetisasi. Untuk benda-benda makro, terutama dalam kasus benda dengan susunan magnetik atom (ferro, feri-, dan antiferromagnet), konsep rata-rata atom M. m. diperkenalkan sebagai nilai rata-rata M. m per satu atom (ion) - pembawa M. m. dalam tubuh. Dalam zat dengan urutan magnetik, massa molekul atom rata-rata ini diperoleh sebagai hasil bagi pembagian magnetisasi spontan benda feromagnetik atau sublattice magnetik dalam feri- dan antiferromagnet (pada suhu nol mutlak) dengan jumlah atom yang membawa molekul massa per satuan volume. Biasanya berat molekul atom rata-rata ini berbeda dari berat molekul atom terisolasi; nilainya dalam magneton Bohr m ternyata menjadi pecahan (misalnya, dalam transisi d-logam Fe, Co dan Ni, masing-masing, 2,218 m in, 1,715 m in, dan 0,604 m in) Perbedaan ini disebabkan oleh perubahan gerak elektron d (pembawa M. m.) dalam kristal dibandingkan dengan gerak dalam atom yang terisolasi. Dalam kasus logam tanah jarang (lantanida), serta senyawa fero atau ferimagnetik non-logam (misalnya, ferit), lapisan d atau f yang belum selesai dari kulit elektron (pembawa atom utama M. m.) dari ion tetangga dalam kristal tumpang tindih dengan lemah, oleh karena itu, kolektivisasi yang nyata dari ini tidak ada lapisan (seperti pada d-logam), dan massa molekul tubuh tersebut sedikit berubah dibandingkan dengan atom yang terisolasi. Penentuan eksperimental langsung MM pada atom dalam kristal menjadi mungkin sebagai hasil dari penggunaan difraksi neutron magnetik, spektroskopi radio (NMR, EPR, FMR, dll.) dan efek Mössbauer. Untuk paramagnet, juga dimungkinkan untuk memperkenalkan konsep magnetisme atom rata-rata, yang ditentukan melalui konstanta Curie yang ditemukan secara eksperimental, yang termasuk dalam ekspresi hukum Curie a atau hukum Curie-Weiss a (lihat Paramagnetisme).

Lit.: Tamm I. E., Fundamentals of the theory of electrical, 8th ed., M., 1966; Landau L. D. dan Lifshitz E. M., Elektrodinamika media kontinu, Moskow, 1959; Dorfman Ya. G., Sifat magnetik dan struktur materi, Moskow, 1955; Vonsovsky S.V., Magnetisme mikropartikel, M., 1973.

S.V. Vonsovsky.

Ensiklopedia Besar Soviet. - M.: Ensiklopedia Soviet. 1969-1978 .

Lihat apa itu "Momen magnetik" di kamus lain:

Dimensi L2I Satuan SI A⋅m2 ... Wikipedia

Kuantitas utama yang menjadi ciri mag. properti di wa. Sumber magnetisme (M. m.), menurut klasik. teori email. besar fenomena, yavl. listrik makro dan mikro (atom). arus. elemen arus tertutup dianggap sebagai sumber magnet. Dari pengalaman dan klasik. ... ... Ensiklopedia Fisik

Kamus Ensiklopedis Besar

MOMEN MAGNETIK, pengukuran kekuatan magnet permanen atau kumparan pembawa arus. Ini adalah gaya putar maksimum (torsi) yang diterapkan pada magnet, koil, atau muatan listrik dalam BIDANG MAGNETIK dibagi dengan kekuatan medan. Dibebankan... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis

TORSI MAGNETIK- fisik. nilai yang mencirikan sifat magnetik benda dan partikel materi (elektron, nukleon, atom, dll.); semakin besar momen magnet, semakin kuat (lihat) tubuh; momen magnet menentukan magnet (lihat). Karena setiap listrik ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

- (Momen magnet) hasil kali massa magnet dari magnet tertentu dan jarak antara kutubnya. Kamus Kelautan Samoilov K.I. M. L .: Rumah Penerbitan Angkatan Laut Negara NKVMF Uni Soviet, 1941 ... Kamus Kelautan

momen magnet- Har ka magn. sv dalam tubuh, arb. ex. produk besar muatan pada setiap kutub untuk jarak antar kutub. Topik metalurgi secara umum EN momen magnetik … Buku Pegangan Penerjemah Teknis

Besaran vektor yang mencirikan suatu zat sebagai sumber medan magnet. Momen magnetik makroskopik diciptakan oleh arus listrik tertutup dan momen magnetik berorientasi teratur dari partikel atom. Mikropartikel memiliki orbit... kamus ensiklopedis

TORSI MAGNETIK- adalah kuantitas utama yang mencirikan sifat magnetik zat. Sumber dasar magnetisme adalah arus listrik. Vektor, yang ditentukan oleh produk dari kekuatan arus dan luas sirkuit arus tertutup, adalah momen magnet. Oleh… … Paleomagnetologi, Petromagnetologi dan Geologi. Referensi kamus.

momen magnet- elektromagnetinis momentas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis vektorinis dydis, kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momentui: m B = T; ia m - magnetinio momento vectorius, B ... ... Penkiakalbis aiskinamesis metrologijos terminų odynas

Eksperimen oleh Stern dan Gerlach

Dalam $1921$, O. Stern mengajukan ide eksperimen dalam mengukur momen magnetik sebuah atom. Dia melakukan percobaan ini dalam penulisan bersama dengan W. Gerlach pada $ 1922. Metode Stern dan Gerlach menggunakan fakta bahwa seberkas atom (molekul) dapat menyimpang dalam medan magnet yang tidak homogen. Sebuah atom yang memiliki momen magnet dapat direpresentasikan sebagai magnet elementer dengan dimensi kecil tetapi terbatas. Jika magnet semacam itu ditempatkan dalam medan magnet yang seragam, maka ia tidak mengalami gaya. Medan tersebut akan bekerja pada kutub utara dan selatan magnet semacam itu dengan gaya-gaya yang besarnya sama dan arahnya berlawanan. Akibatnya, pusat inersia atom akan diam atau bergerak dalam garis lurus. (Dalam hal ini, sumbu magnet dapat berosilasi atau berpresisi). Artinya, dalam medan magnet yang seragam tidak ada gaya yang bekerja pada atom dan memberikan percepatan padanya. Medan magnet yang seragam tidak mengubah sudut antara arah induksi medan magnet dan momen magnet atom.

Situasinya berbeda jika medan eksternal tidak homogen. Dalam hal ini, gaya yang bekerja pada kutub utara dan selatan magnet tidak sama. Gaya yang dihasilkan yang bekerja pada magnet tidak nol, dan itu memberikan percepatan ke atom, di sepanjang medan atau melawannya. Akibatnya, ketika bergerak dalam medan yang tidak homogen, magnet yang kita pertimbangkan akan menyimpang dari arah gerakan semula. Dalam hal ini, ukuran deviasi tergantung pada derajat inhomogenitas medan. Untuk mendapatkan penyimpangan yang signifikan, medan harus berubah tajam dalam panjang magnet (dimensi linier atom adalah $\kira-kira (10)^(-8)cm$). Eksperimen mencapai heterogenitas seperti itu dengan bantuan desain magnet yang menciptakan medan. Satu magnet dalam percobaan tampak seperti pisau, yang lain datar atau memiliki takik. Garis-garis magnet menebal di "pisau", sehingga intensitas di daerah ini secara signifikan lebih besar daripada di kutub datar. Seberkas atom tipis terbang di antara magnet-magnet ini. Atom individu dibelokkan di bidang yang dihasilkan. Jejak partikel individu diamati di layar.

Menurut konsep fisika klasik, momen magnetik dalam berkas atom memiliki arah yang berbeda terhadap beberapa sumbu $Z$. Apa artinya: proyeksi momen magnet ($p_(mz)$) pada sumbu ini mengambil semua nilai interval dari $\left|p_m\right|$ hingga -$\left|p_m\right |$ (di mana $\left|p_( mz)\right|-$ modulus momen magnetik). Di layar, balok akan tampak melebar. Namun, dalam fisika kuantum, jika kuantisasi diperhitungkan, maka tidak semua orientasi momen magnetik menjadi mungkin, tetapi hanya sejumlah yang terbatas. Jadi, di layar, jejak seberkas atom dipecah menjadi sejumlah jejak individu.

Eksperimen yang dilakukan menunjukkan bahwa, misalnya, seberkas atom litium dipecah menjadi berkas $24$. Hal ini dibenarkan, karena suku utama $Li - 2S$ adalah suku (satu elektron valensi dengan spin $\frac(1)(2)\ $ pada orbit-s, $l=0).$ dimungkinkan untuk menarik kesimpulan tentang besarnya momen magnet. Ini adalah bagaimana Gerlach membuktikan bahwa momen magnet spin sama dengan magneton Bohr. Studi dari berbagai elemen menunjukkan kesepakatan lengkap dengan teori.

Stern dan Rabi mengukur momen magnetik inti menggunakan pendekatan ini.

Jadi, jika proyeksi $p_(mz)$ dikuantisasi, gaya rata-rata yang bekerja pada atom dari medan magnet juga terkuantisasi. Eksperimen Stern dan Gerlach membuktikan kuantisasi proyeksi bilangan kuantum magnetik ke sumbu $Z$. Ternyata momen magnet atom diarahkan sejajar dengan sumbu $Z$, mereka tidak dapat diarahkan pada sudut sumbu ini, jadi kami harus menerima bahwa orientasi momen magnet relatif terhadap medan magnet berubah secara diskrit . Fenomena ini disebut kuantisasi spasial. Keterpisahan tidak hanya keadaan atom, tetapi juga orientasi momen magnetik atom dalam medan eksternal adalah sifat fundamental baru dari pergerakan atom.

Eksperimen dijelaskan sepenuhnya setelah penemuan spin elektron, ketika ditemukan bahwa momen magnetik atom tidak disebabkan oleh momen orbital elektron, tetapi oleh momen magnetik internal partikel, yang terkait dengannya. momen mekanis internal (putaran).

Perhitungan gerakan momen magnet dalam medan yang tidak homogen

Biarkan sebuah atom bergerak dalam medan magnet yang tidak homogen, momen magnetnya sama dengan $(\overrightarrow(p))_m$. Gaya yang bekerja padanya adalah:

Secara umum, atom adalah partikel yang netral secara listrik, sehingga gaya lain tidak bekerja padanya dalam medan magnet. Dengan mempelajari gerakan atom dalam medan yang tidak homogen, seseorang dapat mengukur momen magnetnya. Mari kita asumsikan bahwa atom bergerak sepanjang sumbu $X$, medan inhomogenitas dibuat dalam arah sumbu $Z$ (Gbr. 1):

Gambar 1.

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

Menggunakan kondisi (2), kami mengubah ekspresi (1) ke dalam bentuk:

Medan magnet simetris terhadap bidang y=0. Dapat diasumsikan bahwa atom bergerak pada bidang ini, yang berarti bahwa $B_x=0.$ Kesetaraan $B_y=0$ dilanggar hanya di daerah kecil dekat tepi magnet (kami mengabaikan pelanggaran ini). Dari uraian di atas, maka:

Dalam hal ini, ekspresi (3) memiliki bentuk:

Presesi atom dalam medan magnet tidak mempengaruhi $p_(mz)$. Kami menulis persamaan gerak atom di ruang antara magnet dalam bentuk:

di mana $m$ adalah massa atom. Jika sebuah atom melewati jalur $a$ antara magnet, maka ia menyimpang dari sumbu X dengan jarak yang sama dengan:

di mana $v$ adalah kecepatan atom sepanjang sumbu $X$. Meninggalkan ruang di antara magnet, atom terus bergerak dengan sudut konstan terhadap sumbu $X$ sepanjang garis lurus. Dalam rumus (7) besaran $\frac(\partial B_z)(\partial z)$, $a$, $v\ dan\ m$ diketahui, dengan mengukur z seseorang dapat menghitung $p_(mz)$.

Contoh 1

Latihan: Berapa banyak komponen, ketika melakukan percobaan yang mirip dengan percobaan Stern dan Gerlach, yang akan membagi berkas atom jika mereka berada dalam keadaan $()^3(D_1)$?

Keputusan:

Suatu suku dibagi menjadi sublevel $N=2J+1$ jika pengali Lande adalah $g\ne 0$, di mana

Untuk menemukan jumlah komponen di mana berkas atom akan terpecah, kita harus menentukan bilangan kuantum internal total $(J)$, multiplisitas $(S)$, bilangan kuantum orbital, membandingkan pengali Lande dengan nol, dan jika bukan nol, maka hitung jumlah sublevelnya.

1) Untuk melakukan ini, pertimbangkan struktur catatan simbolis dari keadaan atom ($3D_1$). Istilah kami diuraikan sebagai berikut: simbol $D$ sesuai dengan bilangan kuantum orbital $l=2$, $J=1$, multiplisitas $(S)$ sama dengan $2S+1=3\ke S = $.

Kami menghitung $g,$ dengan menerapkan rumus (1.1):

Jumlah komponen di mana berkas atom dibagi sama dengan:

Menjawab:$N=3.$

Contoh 2

Latihan: Mengapa seberkas atom hidrogen, yang berada dalam keadaan $1s$, digunakan dalam percobaan Stern dan Gerlach untuk mendeteksi putaran elektron?

Keputusan:

Dalam keadaan $s-$, momentum sudut elektron $(L)$ sama dengan nol, karena $l=0$:

Momen magnet suatu atom, yang dikaitkan dengan pergerakan elektron dalam orbitnya, sebanding dengan momen mekanisnya:

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

maka sama dengan nol. Ini berarti bahwa medan magnet seharusnya tidak mempengaruhi pergerakan atom hidrogen dalam keadaan dasar, yaitu membagi aliran partikel. Tetapi ketika menggunakan instrumen spektral, terlihat bahwa garis-garis spektrum hidrogen menunjukkan adanya struktur halus (ganda) bahkan jika tidak ada medan magnet. Untuk menjelaskan keberadaan struktur halus, gagasan tentang momentum sudut mekanis intrinsik elektron dalam ruang (putaran) diajukan.

Momen magnetik kumparan dengan arus adalah kuantitas fisik, seperti momen magnetik lainnya, mencirikan sifat magnetik dari sistem yang diberikan. Dalam kasus kami, sistem diwakili oleh loop melingkar dengan arus. Arus ini menciptakan medan magnet yang berinteraksi dengan medan magnet luar. Itu bisa berupa medan bumi, atau medan konstanta atau elektromagnet.

Gambar— 1 putaran melingkar dengan arus

Sebuah kumparan melingkar dengan arus dapat direpresentasikan sebagai magnet pendek. Apalagi magnet ini akan diarahkan tegak lurus terhadap bidang kumparan. Lokasi kutub magnet semacam itu ditentukan menggunakan aturan gimlet. Menurut yang utara plus akan berada di belakang bidang kumparan jika arus di dalamnya bergerak searah jarum jam.

Gambar— 2 Magnet batang imajiner pada sumbu kumparan

Magnet ini, yaitu kumparan melingkar kita dengan arus, seperti magnet lainnya, akan dipengaruhi oleh medan magnet luar. Jika medan ini seragam, maka akan timbul torsi yang cenderung untuk memutar kumparan. Medan akan memutar kumparan sehingga sumbunya terletak disepanjang medan. Dalam hal ini, garis gaya kumparan itu sendiri, seperti magnet kecil, harus bertepatan dengan arah medan luar.

Jika medan luar tidak seragam, maka gerakan translasi akan ditambahkan ke torsi. Gerakan ini akan muncul karena fakta bahwa area medan dengan induksi yang lebih tinggi akan menarik magnet kita dalam bentuk koil lebih banyak daripada area dengan induksi yang lebih rendah. Dan kumparan akan mulai bergerak menuju medan dengan induksi yang lebih besar.

Besarnya momen magnet suatu kumparan melingkar dengan arus dapat ditentukan dengan rumus.

Rumus - 1 momen magnetik kumparan

Dimana, arus I mengalir melalui kumparan

S luas kumparan dengan arus

n normal terhadap bidang tempat kumparan berada

Dengan demikian, dapat dilihat dari rumus bahwa momen magnet kumparan adalah besaran vektor. Artinya, selain besarnya gaya, yaitu modulnya, ia juga memiliki arah. Momen magnetik menerima properti ini karena fakta bahwa itu termasuk vektor normal ke bidang kumparan.

Untuk mengkonsolidasikan materi, Anda dapat melakukan percobaan sederhana. Untuk melakukan ini, kita membutuhkan kumparan melingkar, terbuat dari kawat tembaga, yang terhubung ke baterai. Dalam hal ini, kabel timah harus cukup tipis dan sebaiknya dipilin bersama. Ini akan mengurangi dampaknya pada pengalaman.

Gambar—

Sekarang mari kita gantung kabel timah di medan magnet seragam yang dibuat, katakanlah, oleh magnet permanen. Kumparan masih tidak diberi energi, dan bidangnya sejajar dengan garis gaya medan. Dalam hal ini, sumbu dan kutub magnet imajinernya akan tegak lurus terhadap garis-garis medan luar.

Gambar—

Ketika arus diberikan pada kumparan, bidangnya akan berputar tegak lurus terhadap garis-garis gaya magnet permanen, dan sumbunya akan menjadi sejajar dengan mereka. Selain itu, arah putaran kumparan akan ditentukan oleh aturan gimlet. Dan sebenarnya, arah di mana arus mengalir melalui koil.

Ketika ditempatkan di medan eksternal, suatu zat dapat bereaksi terhadap medan ini dan dengan sendirinya menjadi sumber medan magnet (dimagnetisasi). Zat seperti itu disebut magnet(bandingkan dengan perilaku dielektrik dalam medan listrik). Menurut sifat kemagnetannya, magnet dibagi menjadi tiga kelompok utama: diamagnet, paramagnet, dan feromagnet.

Zat yang berbeda dimagnetisasi dengan cara yang berbeda. Sifat kemagnetan materi ditentukan oleh sifat kemagnetan elektron dan atom. Sebagian besar zat memiliki magnet yang lemah - ini adalah diamagnet dan paramagnet. Beberapa zat dalam kondisi normal (pada suhu sedang) mampu menjadi magnet yang sangat kuat - ini adalah feromagnet.

Banyak atom memiliki momen magnet bersih sama dengan nol. Zat yang tersusun dari atom-atom tersebut adalah diamagnetik. Ini termasuk, misalnya, nitrogen, air, tembaga, perak, garam biasa NaCl, silikon dioksida Si0 2 . Zat, di mana momen magnetik atom yang dihasilkan berbeda dari nol, termasuk dalam paramagnet. Contoh paramagnet adalah: oksigen, aluminium, platinum.

Berikut ini, ketika berbicara tentang sifat-sifat magnet, kita akan mengingat terutama diamagnet dan paramagnet, dan sifat-sifat sekelompok kecil feromagnet kadang-kadang akan dibahas secara khusus.

Mari kita pertama-tama mempertimbangkan perilaku elektron materi dalam medan magnet. Mari kita asumsikan untuk kesederhanaan bahwa elektron berputar dalam atom di sekitar nukleus dengan kecepatan v sepanjang orbit radius r. Gerakan seperti itu, yang dicirikan oleh momentum sudut orbital, pada dasarnya adalah arus melingkar, yang masing-masing dicirikan oleh momen magnetik orbital.

volume r bola. Berdasarkan periode revolusi di sekitar keliling T= - kita punya itu

titik arbitrer orbit elektron per satuan waktu melintasi -

sekali. Oleh karena itu, arus melingkar, sama dengan muatan yang melewati titik per satuan waktu, diberikan oleh ekspresi

Masing-masing, momen magnetik orbital elektron menurut rumus (22.3) sama dengan

Selain momentum sudut orbital, elektron juga memiliki momentum sudutnya sendiri, yang disebut kembali. Spin dijelaskan oleh hukum fisika kuantum dan merupakan properti yang melekat pada elektron - seperti massa dan muatan (lihat lebih detail di bagian fisika kuantum). Momentum sudut intrinsik sesuai dengan momen magnetik intrinsik (spin) elektron r sp.

Inti atom juga memiliki momen magnetik, tetapi momen ini ribuan kali lebih kecil daripada momen elektron, dan biasanya dapat diabaikan. Akibatnya, momen magnet total magnet R t sama dengan jumlah vektor momen magnetik orbital dan spin dari elektron magnet:

Medan magnet eksternal bekerja pada orientasi partikel materi yang memiliki momen magnetik (dan arus mikro), sebagai akibatnya materi tersebut menjadi magnet. Ciri dari proses ini adalah vektor magnetisasi J, sama dengan rasio momen magnet total partikel magnet dengan volume magnet AV:

Magnetisasi diukur dalam A/m.

Jika magnet ditempatkan dalam medan magnet luar 0, maka sebagai akibatnya

magnetisasi, medan internal arus mikro B akan muncul, sehingga medan yang dihasilkan akan sama dengan

Perhatikan magnet berbentuk silinder dengan luas alas S dan tinggi /, ditempatkan dalam medan magnet luar yang seragam dengan induksi Pada 0 . Bidang seperti itu dapat dibuat, misalnya, menggunakan solenoida. Orientasi arus mikro di medan luar menjadi teratur. Dalam hal ini, medan arus mikro diamagnet diarahkan berlawanan dengan medan eksternal, dan medan arus mikro paramagnet bertepatan dengan arah medan eksternal.

Di setiap bagian silinder, keteraturan arus mikro menyebabkan efek berikut (Gbr. 23.1). Arus mikro yang teratur di dalam magnet dikompensasi oleh arus mikro yang berdekatan, dan arus mikro permukaan yang tidak terkompensasi mengalir di sepanjang permukaan lateral.

Arah arus mikro yang tidak terkompensasi ini paralel (atau anti-paralel) dengan arus yang mengalir di solenoida yang menciptakan nol eksternal. Secara umum, mereka Beras. 23.1 berikan total arus internal Ini arus permukaan menciptakan medan arus mikro internal B v selain itu, hubungan antara arus dan medan dapat dijelaskan dengan rumus (22.21) untuk nol solenoida:

Di sini, permeabilitas magnetik dianggap sama dengan satu, karena peran media diperhitungkan dengan memasukkan arus permukaan; kerapatan lilitan belitan solenoida sesuai dengan satu untuk seluruh panjang solenoida /: n = satu //. Dalam hal ini, momen magnetik arus permukaan ditentukan oleh magnetisasi seluruh magnet:

Dari dua rumus terakhir, dengan mempertimbangkan definisi magnetisasi (23.4), berikut ini:

atau dalam bentuk vektor

Kemudian dari rumus (23,5) kita dapatkan

Pengalaman mempelajari ketergantungan magnetisasi pada kekuatan medan luar menunjukkan bahwa medan biasanya dapat dianggap lemah, dan dalam ekspansi dalam deret Taylor, cukup untuk membatasi diri kita pada suku linier:

dimana koefisien proporsionalitas tak berdimensi x - suseptibilitas magnetik zat. Dengan pemikiran ini, kami memiliki

Membandingkan rumus terakhir untuk induksi magnetik dengan rumus terkenal (22.1), kami memperoleh hubungan antara permeabilitas magnetik dan kerentanan magnetik:

Kami mencatat bahwa nilai suseptibilitas magnetik untuk diamagnet dan paramagnet kecil dan biasanya modulo 10 "-10 4 (untuk diamagnet) dan 10 -8 - 10 3 (untuk paramagnet). Dalam hal ini, untuk diamagnet X x > 0 dan p > 1.