TORQUE MAGNÉTICO- fisica. quantidade que caracteriza o magnético. propriedades do sistema de carga. partículas (ou partículas individuais) e determinando, juntamente com outros momentos multipolares (momento de dipolo elétrico, momento de quadrupolo, etc., veja Multipoli) a interação do sistema com o externo. el-magn. campos e outros sistemas semelhantes.

De acordo com as ideias do clássico eletrodinâmica, ímã. o campo é criado pelo movimento elétrico. cobranças. Embora moderno teoria não rejeita (e até prevê) a existência de partículas com magnético. carregar ( monopolos magnéticos), tais partículas ainda não foram observadas experimentalmente e estão ausentes na matéria comum. Portanto, a característica elementar do ímã. propriedades acaba por ser exatamente o M. m. Um sistema que tem um M. m. (vetor axial) cria um campo magnético a grandes distâncias do sistema. campo

(- vetor raio do ponto de observação). Uma visão semelhante tem um elétrico. campo dipolar, consistindo de dois campos elétricos muito próximos. cargas de sinal oposto. No entanto, ao contrário da eletricidade momento dipolar. M. m. é criado não por um sistema de "cargas magnéticas" pontuais, mas por elétrica. correntes que circulam no sistema. Se um circuito elétrico fechado corrente de densidade flui em um volume limitado V, então o M. m. criado por ele é determinado pelo f-loy

No caso mais simples de uma corrente circular fechada EU, fluindo ao longo de uma bobina plana de área s, , e o vetor de M. m. é direcionado ao longo da normal direita à bobina.

Se a corrente é criada pelo movimento estacionário do ponto elétrico. cargas com massas tendo velocidades , então o M. m. resultante, como segue de f-ly (1), tem a forma

onde significa média microscópica. valores ao longo do tempo. Como o produto vetorial do lado direito é proporcional ao vetor momento do momento da partícula (supõe-se que as velocidades ), então as contribuições do dep. partículas em M. m. e no momento do número de movimentos são proporcionais:

Fator de proporcionalidade e/2ts chamado razão giromagnética; este valor caracteriza a conexão universal entre o magnético. e mecânico propriedades de carga. partículas no clássico eletrodinâmica. No entanto, o movimento dos portadores de carga elementares na matéria (elétrons) está sujeito às leis da mecânica quântica, que faz ajustes ao clássico. foto. Além da mecânica orbital momento de movimento eu O elétron tem uma mecânica interna momento - de volta. O campo magnético total de um elétron é igual à soma do campo magnético orbital (2) e do campo magnético de spin.

Como pode ser visto a partir desta fórmula (seguindo da teoria relativística Equações de Dirac para um elétron), giroímã. a razão para o spin acaba sendo exatamente o dobro daquela para o momento orbital. Uma característica do conceito quântico de ímã. e mecânico momentos é também o fato de que os vetores não podem ter uma direção definida no espaço devido à não comutatividade dos operadores de projeção desses vetores nos eixos coordenados.

Spin M. m. carga. partículas definidas f-loy (3), chamado. normal, para um elétron é magneton Bora. A experiência mostra, no entanto, que o M. m. de um elétron difere de (3) por uma ordem de grandeza (é a constante de estrutura fina). Um suplemento semelhante chamado momento magnético anormal, surge devido à interação de um elétron com fótons, é descrito no âmbito da eletrodinâmica quântica. Outras partículas elementares também possuem propriedades magnéticas anômalas; eles são especialmente grandes para hádrons, to-rye, de acordo com o moderno. representações, tem vnutr. estrutura. Assim, o M. m. anômalo do próton é 2,79 vezes maior que o "normal" - o magneton nuclear, ( M- a massa do próton), e o M. m. do nêutron é igual a -1,91, ou seja, é significativamente diferente de zero, embora o nêutron não tenha energia elétrica. carregar. Tais grandes anômalos M. m. hádrons devido a interno. o movimento de suas cargas constituintes. quarks.

Lit.: Landau L.D., Lifshits E.M., Field Theory, 7ª ed., M., 1988; Huang K., Quarks, léptons e campos de calibre, trad. de Inglês, M., 1985. D. V. Giltsov.

Momento magnético

a quantidade principal que caracteriza as propriedades magnéticas de uma substância. A fonte do magnetismo, de acordo com a teoria clássica dos fenômenos eletromagnéticos, são as macro e microcorrentes elétricas. Uma fonte elementar de magnetismo é considerada uma corrente fechada. Da experiência e da teoria clássica do campo eletromagnético, segue-se que as ações magnéticas de uma corrente fechada (circuito com corrente) são determinadas se o produto for conhecido ( M) força atual eu para a área de contorno σ ( M = euσ /c no sistema de unidades CGS (ver sistema de unidades CGS), Com - velocidade da luz). Vetor M e é, por definição, M. m. Também pode ser escrito de uma forma diferente: M = ml, Onde m- a carga magnética equivalente do circuito, e eu- a distância entre as "cargas" de sinais opostos (+ e - ).

M. m. têm partículas elementares, núcleos atômicos, camadas eletrônicas de átomos e moléculas. A massa mecânica das partículas elementares (elétrons, prótons, nêutrons e outros), conforme demonstrado pela mecânica quântica, deve-se à existência de seu próprio momento mecânico - Spin a. As massas nucleares são compostas pelas massas intrínsecas (spin) dos prótons e nêutrons que formam esses núcleos, bem como pelas massas associadas ao seu movimento orbital dentro do núcleo. As massas moleculares das camadas eletrônicas de átomos e moléculas são compostas de spin e massas moleculares orbitais de elétrons. O momento magnético de spin de um elétron m cn pode ter duas projeções iguais e opostas na direção do campo magnético externo N. O valor absoluto da projeção

onde μ em \u003d (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg/gs - Magneton de boro, h - Constante de Planck , e e m e - a carga e a massa do elétron, Com- A velocidade da luz; S H- projeção do momento mecânico de spin na direção do campo H. O valor absoluto do spin M. m.

Onde s= 1 / 2 - número quântico de spin (ver números quânticos). A relação entre o spin M. m. e o momento mecânico (voltar)

desde girar

Estudos de espectros atômicos mostraram que m H cn na verdade não é igual a m in, mas m in (1 + 0,0116). Isso se deve à ação sobre o elétron das chamadas oscilações de ponto zero do campo eletromagnético (veja Eletrodinâmica quântica, Correções radiativas).

O orbital M. m. de um elétron m orb está relacionado ao momento orbital mecânico orb pela relação g opb = |m orbe | / | orbe | = | e|/2m e c, ou seja, a razão magnetomecânica g opb é duas vezes menor que g cn. A mecânica quântica permite apenas uma série discreta de possíveis projeções m orb na direção do campo externo (a chamada quantização espacial): m Н orb = m l m em , onde m l - número quântico magnético tomando 2 eu+ 1 valores (0, ±1, ±2,..., ± eu, Onde eu- número quântico orbital). Em átomos multieletrônicos, os magnetismos orbital e de spin são determinados pelos números quânticos. eu e S momentos orbitais e de spin totais. A adição desses momentos é realizada de acordo com as regras de quantização espacial. Devido à desigualdade das relações magnetomecânicas para o spin do elétron e seu movimento orbital ( g cn¹ g opb) o M. m. resultante da camada atômica não será paralelo ou antiparalelo ao seu momento mecânico resultante J. Portanto, muitas vezes considera-se o componente do total M. m. na direção do vetor J igual a

Onde g J é a razão magnetomecânica da camada eletrônica, Jé o número quântico angular total.

M. m. de um próton cujo spin é

Onde MPé a massa do próton, que é 1836,5 vezes maior m e , m veneno - magneton nuclear igual a 1/1836,5m c. O nêutron, por outro lado, não deve ter MM, pois é desprovido de carga. No entanto, a experiência mostrou que o MM do próton m p = 2,7927m é venenoso, e o do nêutron m n = -1,91315m é venenoso. Isso se deve à presença de campos de mésons próximos aos nucleons, que determinam suas interações nucleares específicas (veja Forças nucleares, mésons) e afetam suas propriedades eletromagnéticas. Os M. m. totais de núcleos atômicos complexos não são múltiplos de m veneno ou mp e m n. Assim, M. m. núcleos de potássio

Para caracterizar o estado magnético dos corpos macroscópicos, é calculado o valor médio da força magnética resultante de todas as micropartículas que formam o corpo. Referido a uma unidade de volume de um corpo, o campo magnético é chamado de magnetização. Para macrocorpos, especialmente no caso de corpos com ordenação magnética atômica (ferro-, ferri- e antiferromagnetos), o conceito de M. m. atômico médio é introduzido como o valor médio de M. m. por um átomo (íon) - o portador de M. m. no corpo. Em substâncias de ordem magnética, essas massas moleculares atômicas médias são obtidas como o quociente da divisão da magnetização espontânea de corpos ferromagnéticos ou sub-redes magnéticas em ferri e antiferromagnetos (na temperatura zero absoluto) pelo número de átomos que carregam massas moleculares por unidade de volume. Normalmente, esses pesos moleculares atômicos médios diferem dos pesos moleculares de átomos isolados; seus valores em magnetons Bohr m acabam sendo fracionários (por exemplo, na transição d-metais Fe, Co e Ni, respectivamente, 2,218 m in, 1,715 m in e 0,604 m in). mudança no movimento dos elétrons d (portadores de M. m.) em um cristal comparado ao movimento em átomos isolados. No caso de metais de terras raras (lantanídeos), bem como compostos ferromagnéticos ou ferrimagnéticos não metálicos (por exemplo, ferritas), as camadas d ou f inacabadas da camada eletrônica (os principais transportadores atômicos de M. m.) de íons vizinhos no cristal se sobrepõem fracamente, portanto, uma perceptível coletivização destes não há camadas (como em d-metais), e as massas moleculares de tais corpos mudam pouco em comparação com átomos isolados. A determinação experimental direta de MM em átomos em um cristal tornou-se possível como resultado do uso de difração de nêutrons magnéticos, radioespectroscopia (RMN, EPR, FMR, etc.) e o efeito Mössbauer. Para os paraímãs, também é possível introduzir o conceito de magnetismo atômico médio, que é determinado através da constante de Curie encontrada experimentalmente, que está incluída na expressão para a lei de Curie a ou a lei de Curie-Weiss a (ver Paramagnetismo).

Aceso.: Tamm I. E., Fundamentos da teoria da eletricidade, 8ª ed., M., 1966; Landau L. D. e Lifshitz E. M., Electrodynamics of continuous media, Moscou, 1959; Dorfman Ya. G., Propriedades magnéticas e estrutura da matéria, Moscou, 1955; Vonsovsky S.V., Magnetism of microparticles, M., 1973.

S. V. Vonsovsky.

Grande Enciclopédia Soviética. - M.: Enciclopédia Soviética. 1969-1978 .

Veja o que é "Momento magnético" em outros dicionários:

Dimensão L2I Unidades SI A⋅m2 ... Wikipedia

A quantidade principal que caracteriza o magn. propriedades em wa. A fonte de magnetismo (M. m.), de acordo com o clássico. teoria do e-mail. magn. fenômenos, yavl. macro e micro (atômica) elétrica. correntes. Elem. uma corrente fechada é considerada uma fonte de magnetismo. Da experiência e clássico. ... ... Enciclopédia Física

Grande Dicionário Enciclopédico

MOMENTO MAGNÉTICO, medida da força de um ímã permanente ou bobina condutora de corrente. Esta é a força máxima de giro (torque) aplicada a um ímã, bobina ou carga elétrica em um CAMPO MAGNÉTICO dividido pela força do campo. Carregada... ... Dicionário enciclopédico científico e técnico

TORQUE MAGNÉTICO- fisica. um valor que caracteriza as propriedades magnéticas dos corpos e partículas da matéria (elétrons, nucleons, átomos, etc.); quanto maior o momento magnético, mais forte (ver) o corpo; o momento magnético determina o magnético (ver). Uma vez que qualquer elétrico ... ... Grande Enciclopédia Politécnica

- (Momento magnético) o produto da massa magnética de um determinado ímã e a distância entre seus pólos. Samoilov K.I. Dicionário Marinho. M. L.: Editora Naval Estatal da NKVMF da URSS, 1941 ... Dicionário Marinho

momento magnético- Har ka magn. sv no corpo, arb. exp. produtos magn. carga em cada pólo para uma distância entre os pólos. Tópicos metalurgia em geral PT momento magnético … Manual do Tradutor Técnico

Uma grandeza vetorial que caracteriza uma substância como fonte de um campo magnético. O momento magnético macroscópico é criado por correntes elétricas fechadas e momentos magnéticos orientados ordenadamente de partículas atômicas. As micropartículas têm órbitas ... dicionário enciclopédico

TORQUE MAGNÉTICO- é a principal grandeza que caracteriza as propriedades magnéticas da substância. Uma fonte elementar de magnetismo é uma corrente elétrica. O vetor, que é determinado pelo produto da intensidade da corrente e a área do circuito fechado de corrente, é o momento magnético. Por… … Paleomagnetologia, petromagnetologia e geologia. Referência do dicionário.

momento magnético- 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; čia m - magnetino momento vectorius, B ... ... Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Experimentos de Stern e Gerlach

Em $1921$, O. Stern apresentou a ideia de um experimento para medir o momento magnético de um átomo. Ele realizou este experimento em colaboração com W. Gerlach em $ 1922. O método de Stern e Gerlach usa o fato de que um feixe de átomos (moléculas) é capaz de se desviar em um campo magnético não homogêneo. Um átomo que tem um momento magnético pode ser representado como um ímã elementar com dimensões pequenas, mas finitas. Se esse ímã for colocado em um campo magnético uniforme, ele não experimentará força. O campo atuará nos pólos norte e sul de tal ímã com forças que são iguais em magnitude e opostas em direção. Como resultado, o centro de inércia do átomo estará em repouso ou se moverá em linha reta. (Neste caso, o eixo do ímã pode oscilar ou precessar). Ou seja, em um campo magnético uniforme não existem forças que atuem sobre um átomo e lhe confiram aceleração. Um campo magnético uniforme não altera o ângulo entre as direções da indução do campo magnético e o momento magnético do átomo.

A situação é diferente se o campo externo não for homogêneo. Nesse caso, as forças que atuam nos pólos norte e sul do ímã não são iguais. A força resultante que atua no ímã é diferente de zero e transmite uma aceleração ao átomo, ao longo do campo ou contra ele. Como resultado, ao se mover em um campo não homogêneo, o ímã em consideração se desviará da direção original do movimento. Neste caso, o tamanho do desvio depende do grau de não homogeneidade do campo. Para obter desvios significativos, o campo deve mudar bruscamente já dentro do comprimento do ímã (as dimensões lineares do átomo são $\approx (10)^(-8)cm$). Os experimentadores alcançaram essa heterogeneidade com a ajuda do design de um ímã que criava um campo. Um ímã no experimento parecia uma lâmina, o outro era plano ou tinha um entalhe. As linhas magnéticas engrossaram na “lâmina”, de modo que a intensidade nesta região foi significativamente maior do que no polo plano. Um fino feixe de átomos voou entre esses ímãs. Átomos individuais foram desviados no campo gerado. Traços de partículas individuais foram observados na tela.

De acordo com os conceitos da física clássica, os momentos magnéticos em um feixe atômico têm direções diferentes em relação a algum eixo $Z$. O que significa: a projeção do momento magnético ($p_(mz)$) neste eixo leva todos os valores do intervalo de $\left|p_m\right|$ a -$\left|p_m\right |$ (onde $\left|p_(mz)\right|-$ módulo de momento magnético). Na tela, o feixe deve aparecer expandido. No entanto, na física quântica, se a quantização for levada em consideração, nem todas as orientações do momento magnético se tornam possíveis, mas apenas um número finito delas. Assim, na tela, o traço de um feixe de átomos foi dividido em um certo número de traços individuais.

Os experimentos realizados mostraram que, por exemplo, um feixe de átomos de lítio se dividiu em feixes de $24$. Isso se justifica, pois o termo principal $Li - 2S$ é um termo (um elétron de valência com spin $\frac(1)(2)\ $ na órbita s, $l=0).$ é possível tire uma conclusão sobre a magnitude do momento magnético. Foi assim que Gerlach provou que o momento magnético de spin é igual ao magneton de Bohr. Estudos de vários elementos mostraram total concordância com a teoria.

Stern e Rabi mediram os momentos magnéticos dos núcleos usando esta abordagem.

Assim, se a projeção $p_(mz)$ for quantizada, a força média que atua sobre o átomo a partir do campo magnético é quantizada junto com ela. Os experimentos de Stern e Gerlach comprovaram a quantização da projeção do número quântico magnético no eixo $Z$. Descobriu-se que os momentos magnéticos dos átomos são direcionados paralelamente ao eixo $Z$, eles não podem ser direcionados em um ângulo a esse eixo, então tivemos que aceitar que a orientação dos momentos magnéticos em relação ao campo magnético muda discretamente . Esse fenômeno tem sido chamado de quantização espacial. A discrição não apenas dos estados dos átomos, mas também das orientações dos momentos magnéticos de um átomo em um campo externo é uma propriedade fundamentalmente nova do movimento dos átomos.

Os experimentos foram plenamente explicados após a descoberta do spin do elétron, quando se descobriu que o momento magnético do átomo é causado não pelo momento orbital do elétron, mas pelo momento magnético interno da partícula, que está associado à sua momento mecânico interno (spin).

Cálculo do movimento do momento magnético em um campo não homogêneo

Deixe um átomo se mover em um campo magnético não homogêneo, seu momento magnético é igual a $(\overrightarrow(p))_m$. A força que atua sobre ele é:

Em geral, um átomo é uma partícula eletricamente neutra, então outras forças não atuam sobre ele em um campo magnético. Ao estudar o movimento de um átomo em um campo não homogêneo, pode-se medir seu momento magnético. Vamos supor que o átomo se move ao longo do eixo $X$, a não homogeneidade do campo é criada na direção do eixo $Z$ (Fig. 1):

Imagem 1.

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

Usando as condições (2), transformamos a expressão (1) na forma:

O campo magnético é simétrico em relação ao plano y=0. Pode-se supor que o átomo se move neste plano, o que significa que $B_x=0.$ A igualdade $B_y=0$ é violada apenas em pequenas áreas próximas às bordas do ímã (desconsideramos essa violação). Do exposto segue que:

Nesse caso, as expressões (3) têm a forma:

A precessão de átomos em um campo magnético não afeta $p_(mz)$. Escrevemos a equação de movimento de um átomo no espaço entre os ímãs na forma:

onde $m$ é a massa do átomo. Se um átomo passa pelo caminho $a$ entre os ímãs, ele se desvia do eixo X por uma distância igual a:

onde $v$ é a velocidade do átomo ao longo do eixo $X$. Deixando o espaço entre os ímãs, o átomo continua a se mover em um ângulo constante em relação ao eixo $X$ ao longo de uma linha reta. Na fórmula (7) as quantidades $\frac(\partial B_z)(\partial z)$, $a$, $v\ e\ m$ são conhecidas, medindo z pode-se calcular $p_(mz)$.

Exemplo 1

Exercício: Quantos componentes, ao realizar um experimento semelhante ao experimento de Stern e Gerlach, o feixe de átomos se dividirá se estiverem no estado $()^3(D_1)$?

Solução:

Um termo se divide em subníveis $N=2J+1$ se o multiplicador de Lande for $g\ne 0$, onde

Para encontrar o número de componentes em que o feixe de átomos se dividirá, devemos determinar o número quântico interno total $(J)$, a multiplicidade $(S)$, o número quântico orbital, comparar o multiplicador de Lande com zero e se for diferente de zero, calcule os subníveis numéricos.

1) Para isso, considere a estrutura do registro simbólico do estado do átomo ($3D_1$). Nosso termo é decifrado da seguinte forma: o símbolo $D$ corresponde ao número quântico orbital $l=2$, $J=1$, a multiplicidade de $(S)$ é igual a $2S+1=3\to S =1$.

Calculamos $g,$ aplicando a fórmula (1.1):

O número de componentes em que o feixe de átomos é dividido é igual a:

Responda:$N=3.$

Exemplo 2

Exercício: Por que um feixe de átomos de hidrogênio, que estavam no estado $1s$, foi usado no experimento de Stern e Gerlach para detectar o spin de um elétron?

Solução:

No estado $s-$, o momento angular do elétron $(L)$ é igual a zero, pois $l=0$:

O momento magnético de um átomo, que está associado ao movimento de um elétron em órbita, é proporcional ao momento mecânico:

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

portanto, é igual a zero. Isso significa que o campo magnético não deve afetar o movimento dos átomos de hidrogênio no estado fundamental, ou seja, dividir o fluxo de partículas. Mas ao usar instrumentos espectrais, foi mostrado que as linhas do espectro de hidrogênio mostram a presença de uma estrutura fina (duplicatas) mesmo que não haja campo magnético. Para explicar a presença de uma estrutura fina, foi apresentada a ideia de um momento angular mecânico intrínseco de um elétron no espaço (spin).

O momento magnético de uma bobina com corrente é uma grandeza física, como qualquer outro momento magnético, caracteriza as propriedades magnéticas de um determinado sistema. No nosso caso, o sistema é representado por uma espira circular com corrente. Esta corrente cria um campo magnético que interage com um campo magnético externo. Pode ser o campo da Terra ou o campo de uma constante ou eletroímã.

Foto— 1 volta circular com corrente

Uma bobina circular com corrente pode ser representada como um ímã curto. Além disso, este ímã será direcionado perpendicularmente ao plano da bobina. A localização dos pólos de tal ímã é determinada usando a regra do verruma. De acordo com o qual o norte mais estará atrás do plano da bobina se a corrente se mover no sentido horário.

Foto— 2 Barra magnética imaginária no eixo da bobina

Este ímã, ou seja, nossa bobina circular com corrente, como qualquer outro ímã, será afetada por um campo magnético externo. Se este campo for uniforme, surgirá um torque que tenderá a girar a bobina. O campo girará a bobina de modo que seu eixo esteja localizado ao longo do campo. Nesse caso, as linhas de força da própria bobina, como um pequeno ímã, devem coincidir em direção ao campo externo.

Se o campo externo não for uniforme, o movimento de translação será adicionado ao torque. Esse movimento surgirá devido ao fato de que áreas do campo com maior indução atrairão nosso ímã na forma de uma bobina mais do que áreas com menor indução. E a bobina começará a se mover em direção ao campo com maior indução.

A magnitude do momento magnético de uma bobina circular com corrente pode ser determinada pela fórmula.

Fórmula - 1 Momento magnético da bobina

Onde, eu corrente fluindo pela bobina

S área da bobina com corrente

n normal ao plano em que a bobina está localizada

Assim, pode-se ver pela fórmula que o momento magnético da bobina é uma grandeza vetorial. Ou seja, além da magnitude da força, ou seja, seu módulo, ela também possui uma direção. O momento magnético recebeu esta propriedade devido ao fato de incluir o vetor normal ao plano da bobina.

Para consolidar o material, você pode realizar um experimento simples. Para fazer isso, precisamos de uma bobina circular, feita de fio de cobre, conectada a uma bateria. Neste caso, os fios condutores devem ser finos o suficiente e, de preferência, torcidos juntos. Isso reduzirá seu impacto na experiência.

Foto—

Agora vamos dar uma volta nos fios condutores em um campo magnético uniforme criado, digamos, por ímãs permanentes. A bobina ainda está desenergizada e seu plano é paralelo às linhas de força do campo. Neste caso, seu eixo e pólos de um ímã imaginário serão perpendiculares às linhas do campo externo.

Foto—

Quando a corrente é aplicada à bobina, seu plano se tornará perpendicular às linhas de força do ímã permanente e o eixo ficará paralelo a elas. Além disso, o sentido de rotação da bobina será determinado pela regra do verruma. E estritamente falando, a direção em que a corrente flui através da bobina.

Quando colocada em um campo externo, uma substância pode reagir a esse campo e se tornar uma fonte de um campo magnético (ser magnetizada). Tais substâncias são chamadas ímãs(compare com o comportamento dos dielétricos em um campo elétrico). De acordo com suas propriedades magnéticas, os ímãs são divididos em três grupos principais: diamagnets, paramagnets e ferromagnets.

Diferentes substâncias são magnetizadas de maneiras diferentes. As propriedades magnéticas da matéria são determinadas pelas propriedades magnéticas dos elétrons e átomos. A maioria das substâncias são fracamente magnetizadas - são diamagnets e paramagnets. Algumas substâncias em condições normais (em temperaturas moderadas) são capazes de ser magnetizadas muito fortemente - são ferromagnetos.

Muitos átomos têm um momento magnético líquido igual a zero. As substâncias formadas por esses átomos são diamagética. Estes incluem, por exemplo, nitrogênio, água, cobre, prata, sal comum NaCl, dióxido de silício Si02. As substâncias, nas quais o momento magnético resultante do átomo é diferente de zero, pertencem a paraímãs. Exemplos de paramagnetos são: oxigênio, alumínio, platina.

A seguir, falando de propriedades magnéticas, vamos nos referir principalmente a diamagnetos e paramagnetos, e algumas vezes discutiremos especialmente as propriedades de um pequeno grupo de ferromagnetos.

Vamos primeiro considerar o comportamento dos elétrons da matéria em um campo magnético. Vamos supor, por simplicidade, que o elétron gire no átomo ao redor do núcleo com uma velocidade v ao longo de uma órbita de raio r. Tal movimento, que é caracterizado por um momento angular orbital, é essencialmente uma corrente circular, que é caracterizada, respectivamente, por um momento magnético orbital.

volume r orbe. Com base no período de revolução em torno da circunferência T= - temos isso

um ponto arbitrário da órbita que o elétron por unidade de tempo atravessa -

uma vez. Portanto, a corrente circular, igual à carga que passa pelo ponto por unidade de tempo, é dada pela expressão

Respectivamente, momento magnético orbital de um elétron de acordo com a fórmula (22.3) é igual a

Além do momento angular orbital, o elétron também tem seu próprio momento angular, chamado de volta. O spin é descrito pelas leis da física quântica e é uma propriedade inerente de um elétron - como massa e carga (veja mais detalhes na seção de física quântica). O momento angular intrínseco corresponde ao momento magnético intrínseco (spin) do elétron r sp.

Os núcleos dos átomos também têm um momento magnético, mas esses momentos são milhares de vezes menores que os momentos dos elétrons e geralmente podem ser desprezados. Como resultado, o momento magnético total do ímã R té igual à soma vetorial dos momentos magnéticos orbital e de spin dos elétrons do ímã:

Um campo magnético externo atua na orientação das partículas de uma substância que possuem momentos magnéticos (e microcorrentes), como resultado dos quais a substância é magnetizada. A característica desse processo é vetor de magnetização J, igual à razão do momento magnético total das partículas do ímã para o volume do ímã AV:

A magnetização é medida em A/m.

Se um ímã é colocado em um campo magnético externo В 0, como resultado

magnetização, surgirá um campo interno de microcorrentes B, de modo que o campo resultante será igual a

Considere um ímã na forma de um cilindro com uma área de base S e altura /, colocados em um campo magnético externo uniforme com indução Em 0. Tal campo pode ser criado, por exemplo, usando um solenóide. A orientação das microcorrentes no campo externo torna-se ordenada. Neste caso, o campo de microcorrentes de diamagnetos é direcionado em direção oposta ao campo externo, e o campo de microcorrentes de paraímãs coincide em direção com o campo externo.

Em qualquer seção do cilindro, a ordem das microcorrentes leva ao seguinte efeito (Fig. 23.1). Microcorrentes ordenadas dentro do ímã são compensadas por microcorrentes vizinhas, e microcorrentes de superfície não compensadas fluem ao longo da superfície lateral.

A direção dessas microcorrentes não compensadas é paralela (ou antiparalela) à corrente que flui no solenóide criando um zero externo. Em geral, eles Arroz. 23.1 dê a corrente interna total corrente de superfície cria um campo de microcorrente interno B v além disso, a conexão entre a corrente e o campo pode ser descrita pela fórmula (22.21) para o zero do solenóide:

Aqui, a permeabilidade magnética é considerada igual à unidade, uma vez que o papel do meio é levado em consideração pela introdução da corrente de superfície; a densidade de voltas de enrolamento do solenóide corresponde a um para todo o comprimento do solenóide /: n = 1 //. Neste caso, o momento magnético da corrente de superfície é determinado pela magnetização de todo o ímã:

Das duas últimas fórmulas, tendo em conta a definição de magnetização (23.4), segue-se

ou em forma vetorial

Então da fórmula (23.5) temos

A experiência de estudar a dependência da magnetização da força do campo externo mostra que o campo geralmente pode ser considerado fraco e, na expansão em uma série de Taylor, é suficiente nos limitarmos a um termo linear:

onde o coeficiente de proporcionalidade adimensional x - suscetibilidade magnética substâncias. Com isso em mente, temos

Comparando a última fórmula de indução magnética com a conhecida fórmula (22.1), obtemos a relação entre permeabilidade magnética e suscetibilidade magnética:

Notamos que os valores da suscetibilidade magnética para diamagnets e paramagnets são pequenos e geralmente são modulo 10" -10 4 (para diamagnets) e 10 -8 - 10 3 (para paramagnets). Neste caso, para diamagnets X x > 0 e p > 1.