CUPLUL MAGNETIC- fizică. cantitate 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) interacţiunea sistemului cu exteriorul. el-magn. câmpuri și alte sisteme similare.

După ideile clasicului electrodinamică, magnet. câmpul este creat prin mișcare electrică. taxe. Deși modernă teoria nu respinge (și chiar prezice) existența particulelor cu magnetice. taxa ( monopol magnetic), astfel de particule nu au fost încă observate experimental și sunt absente în materia obișnuită. Prin urmare, caracteristica elementară a magnetului. proprietățile se dovedesc a fi exact M. m. Un sistem care are un M. m. (vector axial) creează un câmp magnetic la distanțe mari de sistem. camp

(- vector raza punctului de observare). O vedere similară are un electric. câmp dipol, format din două electrice strâns distanțate. sarcini de semn opus. Cu toate acestea, spre deosebire de electrice moment dipol. M. m. este creat nu printr-un sistem de „încărcări magnetice” punctuale, ci prin electricitate. curenții care circulă în sistem. Dacă un electric închis curent de densitate 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, care curge de-a lungul unei bobine plane de arie s, , iar vectorul M. m. este îndreptat de-a lungul normalei drepte la bobină.

Dacă curentul este creat de mișcarea staționară a punctului electric. sarcini cu mase având viteze , atunci M. m. rezultat, după cum urmează din f-ly (1), are forma

unde se înţelege medierea microscopică. valori de-a lungul timpului. Deoarece produsul vectorial din partea dreaptă este proporțional cu vectorul impuls al impulsului particulei (se presupune că vitezele ), apoi contribuțiile dep. particulele în M. m. iar în momentul numărului de mișcări sunt proporționale:

Factorul de proporționalitate e/2ts numit raportul giromagnetic; această valoare caracterizează legătura universală dintre magnetic. si mecanice proprietăți de taxare. particule în clasic electrodinamică. Cu toate acestea, mișcarea purtătorilor de sarcină elementare în materie (electroni) respectă legile mecanicii cuantice, care face ajustări la cele clasice. imagine. Pe lângă mecanica orbitală momentul de mișcare L electronul are o mecanică internă. moment - înapoi. Câmpul magnetic total al unui electron este egal cu suma câmpului magnetic orbital (2) și a câmpului magnetic de spin.

După cum se poate vedea din această formulă (urmând din formula relativistă Ecuații Dirac pentru un electron), giromagnet. raportul pentru spin se dovedește a fi exact de două ori mai mare decât pentru impulsul orbital. O caracteristică a conceptului cuantic de magnet. si mecanice momente este și faptul 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 f-loy (3), numite. normal, pentru un electron este magneton Bora. Experiența arată însă că M. m. al unui electron diferă de (3) printr-un ordin de mărime (este constanta structurii fine). Un supliment similar numit moment magnetic anormal, apare din cauza interacțiunii unui electron cu fotonii, este descris în cadrul electrodinamicii cuantice. Alte particule elementare au, de asemenea, proprietăți magnetice anormale; sunt deosebit de mari pentru hadroni, to-secare, conform modernului. reprezentari, au vnutr. structura. Astfel, M. m. anormal al protonului este de 2,79 ori mai mare decât cel „normal” - magnetonul nuclear, ( M- masa protonului), iar M. m. neutronului este egal cu -1,91, adică este semnificativ diferit de zero, deși neutronul nu are putere electrică. încărca. Atat de mari anormale M. m. hadroni datorate interne. deplasarea sarcinilor lor constitutive. quarcuri.

Lit.: Landau L. D., Lifshits E. M., Field Theory, ed. a VII-a, M., 1988; Huang K., Quarci, leptoni și câmpuri gauge, trad. din engleză, M., 1985. D. V. Giltsov.

Moment magnetic

mărimea principală care caracterizează proprietăţile magnetice ale unei substanţe. Sursa magnetismului, conform teoriei clasice a fenomenelor electromagnetice, sunt macro și microcurenți electrici. O sursă elementară de magnetism este considerată 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 este cunoscut ( M) puterea curentului i la zona 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 într-o formă diferită: M = m l, Unde m- sarcina magnetică echivalentă a circuitului și l- distanța dintre „încărcăturile” semnelor opuse (+ și - ).

M. m. au particule elementare, nuclee atomice, învelișuri de electroni ale atomilor și moleculelor. Masa mecanică a particulelor elementare (electroni, protoni, neutroni și altele), așa cum arată mecanica cuantică, se datorează existenței propriului moment mecanic - Spin a. Masele nucleare sunt compuse din masele intrinseci (spin) ale protonilor și neutronilor care formează aceste nuclee, precum și din masele asociate cu mișcarea lor orbitală în interiorul nucleului. Masele moleculare ale învelișurilor de electroni ale atomilor și moleculelor sunt formate din spin și mase moleculare orbitale ale electronilor. Momentul magnetic de spin al unui electron m cn poate avea două proiecții egale și direcționate opus pe direcția câmpului magnetic extern N. Valoarea absolută a proiecției

unde μ în \u003d (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg/gs - Magneton de bor, h - constanta Planck , eși m e - sarcina și masa electronului, cu- viteza luminii; SH- proiecția momentului mecanic de spin pe direcția câmpului H. Valoarea absolută a spin M. m.

Unde s= 1 / 2 - spin număr cuantic (Vezi numere cuantice). Raportul dintre spin M. m. și momentul mecanic (înapoi)

de când spin

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

Orbitul M. m. al unui electron m orb este legat de momentul 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 cn. Mecanica cuantică permite doar o serie discretă de posibile proiecții m orb pe direcția câmpului extern (așa-numita cuantizare spațială): m H 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 multielectroni, magnetismul orbital și de spin sunt determinate de numerele 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 cn ¹ g opb) M. m. rezultat al învelișului atomic nu va fi paralel sau anti-paralel cu momentul său mecanic rezultat J. Prin urmare, se consideră adesea componenta totalului M. m. în direcția vectorului J egal cu

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

M. m. a unui proton al cărui spin este

Unde Mp este masa protonului, care este de 1836,5 ori mai mare m e , m otravă - magneton nuclear egal cu 1/1836,5m c. Neutronul, pe de altă parte, nu ar trebui să aibă MM, deoarece este lipsit de sarcină. Cu toate acestea, experiența a arătat că MM al protonului m p = 2,7927m este otravă, iar cel al neutronului m n = -1,91315m este 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. Totalul M. m. al nucleelor ​​atomice complexe nu sunt multipli de m otravă 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 forței magnetice rezultate a tuturor microparticulelor care formează corpul. Referit la o unitate de volum a unui corp, câmpul magnetic se numește magnetizare. Pentru macrocorpi, în special în cazul corpurilor cu ordonare magnetică atomică (ferro-, feri- și antiferomagneți), conceptul de M. m. atomică medie este introdus ca valoare medie a M. m. per un atom (ion) - purtătorul lui M. m. în corp. În substanțele cu ordin magnetic, aceste mase moleculare atomice medii se obțin ca coeficientul diviziunii magnetizării spontane a corpurilor feromagnetice sau a subrețelelor magnetice în fero- și antiferomagneți (la temperatura zero absolut) cu numărul de atomi care poartă moleculara. masa pe unitatea de volum. De obicei, aceste greutăți moleculare atomice medii diferă de greutățile 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 ai M. m.) într-un cristal în comparație cu mișcarea atomilor 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 M. m.) ionilor vecini din cristal se suprapun slab, prin urmare, o colectivizare vizibilă a acestora nu există straturi (ca în d-metale), iar masele moleculare ale unor astfel de corpuri se modifică puțin în comparație cu atomii izolați. Determinarea experimentală directă a MM pe atomii 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 8-a, M., 1966; Landau L. D. și Lifshitz E. M., Electrodynamics of continuous media, Moscova, 1959; Dorfman Ya. G., Proprietăți magnetice și structura materiei, Moscova, 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 magn. proprietăți în wa. Sursa magnetismului (M. m.), conform clasicului. teoria e-mailului. magn. fenomene, yavl. macro și micro (atomice) electrice. curenti. Elem. un curent închis este considerat o sursă de magnetism. Din experiență și clasic....... Enciclopedia fizică

Dicţionar enciclopedic mare

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

CUPLUL MAGNETIC- fizică. o valoare 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 magneticul (vezi). Din moment ce orice electric ...... Marea Enciclopedie Politehnică

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

moment magnetic- Har ka mag. sv în corp, arb. exp. produs magn. încărcați la fiecare stâlp pentru o distanță între poli. Subiecte metalurgie în general EN moment magnetic... Manualul Traducătorului Tehnic

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

CUPLUL MAGNETIC- este principala mărime care caracterizează proprietăţile magnetice ale substanţei. O sursă elementară de magnetism este curentul electric. Vectorul, care este determinat de produsul dintre puterea curentului și aria buclei de curent închise, este momentul magnetic. De… … Paleomagnetologie, petromagnetologie și geologie. Dicţionar de referinţă.

moment magnetic- elektromagnetinis momentas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vektorinis dydis, kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momenti: m B = T; čia m - magnetinio moment vectorius, B ... ... Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

Experimentele lui Stern și Gerlach

În $1921$, O. Stern a prezentat ideea unui experiment de măsurare a momentului magnetic al unui atom. El a efectuat acest experiment în colaborare cu W. Gerlach în $ 1922. Metoda lui Stern și Gerlach folosește faptul că un fascicul de atomi (molecule) este capabil să devieze într-un câmp magnetic neomogen. Un atom care are un moment magnetic poate fi reprezentat ca un magnet elementar cu dimensiuni mici, dar finite. Dacă un astfel de magnet este plasat într-un câmp magnetic uniform, atunci nu experimentează forță. Câmpul va acționa pe polii nord și sud ai unui astfel de magnet cu forțe care sunt egale ca mărime și opuse ca direcție. Ca rezultat, centrul de inerție al atomului fie va fi în repaus, fie se va mișca în linie dreaptă. (În acest caz, axa magnetului poate oscila sau precesează). Adică, într-un câmp magnetic uniform nu există forțe care să acționeze asupra unui atom și să-i confere accelerație. Un câmp magnetic uniform nu modifică unghiul dintre direcțiile de inducție a câmpului magnetic și momentul magnetic al atomului.

Situația este diferită dacă câmpul exterior este neomogen. În acest caz, forțele care acționează pe polii nord și sud ai magnetului nu sunt egale. Forța rezultată care acționează asupra magnetului este diferită de zero și conferă atomului o accelerație, de-a lungul câmpului sau împotriva acestuia. Ca urmare, atunci când se deplasează într-un câmp neomogen, magnetul luat în considerare se va abate de la direcția inițială de mișcare. În acest caz, mărimea abaterii depinde de gradul de neomogenitate a câmpului. Pentru a obține abateri semnificative, câmpul trebuie să se schimbe brusc deja în lungimea magnetului (dimensiunile liniare ale atomului sunt $\aprox (10)^(-8)cm$). Experimentatorii au obținut o astfel de eterogenitate cu ajutorul proiectării unui magnet care a creat un câmp. Un magnet din experiment arăta ca o lamă, celălalt era plat sau avea o crestătură. Liniile magnetice s-au îngroșat la „lamă”, astfel încât intensitatea în această zonă a fost semnificativ mai mare decât la polul plat. Un fascicul subțire de atomi a zburat între acești magneți. Atomii individuali au fost deviați în câmpul generat. Pe ecran au fost observate urme de particule individuale.

Conform conceptelor fizicii clasice, momentele magnetice dintr-un fascicul atomic au direcții diferite față de o anumită axă $Z$. Ce înseamnă: proiecția momentului magnetic ($p_(mz)$) pe această axă ia toate valorile intervalului de la $\left|p_m\right|$ la -$\left|p_m\right |$ (unde $\left|p_( mz)\right|-$ modulul momentului magnetic). Pe ecran, fasciculul ar trebui să apară extins. Cu toate acestea, în fizica cuantică, dacă se ia în considerare cuantizarea, atunci nu devin posibile toate orientările momentului magnetic, ci doar un număr finit dintre ele. Astfel, pe ecran, urma unui fascicul de atomi a fost împărțită într-un anumit număr de urme individuale.

Experimentele efectuate au arătat că, de exemplu, un fascicul de atomi de litiu s-a împărțit în fascicule de $24$. Acest lucru este justificat, deoarece termenul principal $Li - 2S$ este un termen (un electron de valență cu spin $\frac(1)(2)\ $ în orbita s, $l=0).$ este posibil să trageți o concluzie despre mărimea momentului magnetic. Așa a dovedit Gerlach că momentul magnetic de spin este egal cu magnetonul Bohr. Studiile diferitelor elemente au arătat acordul complet cu teoria.

Stern și Rabi au măsurat momentele magnetice ale nucleelor ​​folosind această abordare.

Deci, dacă proiecția $p_(mz)$ este cuantificată, forța medie care acționează asupra atomului din câmpul magnetic este cuantificată împreună cu aceasta. Experimentele lui Stern și Gerlach au demonstrat cuantizarea proiecției numărului cuantic magnetic pe axa $Z$. S-a dovedit că momentele magnetice ale atomilor sunt direcționate paralel cu axa $Z$, ele nu pot fi îndreptate într-un unghi față de această axă, așa că a trebuit să acceptăm că orientarea momentelor magnetice în raport cu câmpul magnetic se modifică discret. . Acest fenomen a fost numit cuantizare spațială. Discretitatea nu numai a stărilor atomilor, ci și a orientărilor momentelor magnetice ale unui atom într-un câmp extern este o proprietate fundamental nouă a mișcării atomilor.

Experimentele au fost pe deplin explicate după descoperirea spinului electronului, când s-a constatat că momentul magnetic al atomului este cauzat nu de momentul orbital al electronului, ci de momentul magnetic intern al particulei, care este asociat cu acesta. moment mecanic intern (spin).

Calculul mișcării momentului magnetic într-un câmp neomogen

Lasă un atom să se miște într-un câmp magnetic neomogen, momentul său magnetic este egal cu $(\overrightarrow(p))_m$. Forța care acționează asupra acesteia este:

În general, un atom este o particulă neutră din punct de vedere electric, astfel încât alte forțe nu acționează asupra lui într-un câmp magnetic. Studiind mișcarea unui atom într-un câmp neomogen, se poate măsura momentul magnetic al acestuia. Să presupunem că atomul se mișcă de-a lungul axei $X$, neomogenitatea câmpului este creată în direcția axei $Z$ (Fig. 1):

Poza 1.

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

Folosind condițiile (2), transformăm expresia (1) în forma:

Câmpul magnetic este simetric față de planul y=0. Se poate presupune că atomul se mișcă în acest plan, ceea ce înseamnă că $B_x=0.$ Egalitatea $B_y=0$ este încălcată doar în zone mici din apropierea marginilor magnetului (neglijăm această încălcare). Din cele de mai sus rezultă că:

În acest caz, expresiile (3) au forma:

Precesia atomilor într-un câmp magnetic nu afectează $p_(mz)$. Scriem ecuația de mișcare a unui atom în spațiul dintre magneți sub forma:

unde $m$ este masa atomului. Dacă un atom trece pe calea $a$ între magneți, atunci se abate de la axa X cu o distanță egală cu:

unde $v$ este viteza atomului de-a lungul axei $X$. Lăsând spațiul dintre magneți, atomul continuă să se miște la un unghi constant față de axa $X$ de-a lungul unei linii drepte. În formula (7) sunt cunoscute mărimile $\frac(\partial B_z)(\partial z)$, $a$, $v\ și\ m$, prin măsurarea z se poate calcula $p_(mz)$.

Exemplul 1

Exercițiu: Câte componente, când se desfășoară un experiment similar cu experimentul lui Stern și Gerlach, se va scinda fasciculul de atomi dacă se află în starea $()^3(D_1)$?

Decizie:

Un termen se împarte în $N=2J+1$ subniveluri dacă multiplicatorul Lande este $g\ne 0$, unde

Pentru a afla numărul de componente în care fasciculul de atomi se va diviza, ar trebui să determinăm numărul cuantic intern total $(J)$, multiplicitatea $(S)$, numărul cuantic orbital, să comparăm multiplicatorul Lande cu zero și dacă este diferit de zero, atunci calculați numărul subnivelurilor.

1) Pentru a face acest lucru, luați în considerare structura înregistrării simbolice a stării atomului ($3D_1$). Termenul nostru este descifrat astfel: simbolul $D$ corespunde numărului cuantic orbital $l=2$, $J=1$, multiplicitatea lui $(S)$ este egală cu $2S+1=3\to S =1 $.

Calculăm $g,$ aplicând formula (1.1):

Numărul de componente în care fasciculul de atomi este împărțit este egal cu:

Răspuns:$N=3.$

Exemplul 2

Exercițiu: De ce a fost folosit un fascicul de atomi de hidrogen, care erau în starea $1s$, în experimentul lui Stern și Gerlach pentru a detecta spinul unui electron?

Decizie:

În starea $s-$, momentul unghiular al electronului $(L)$ este egal cu zero, deoarece $l=0$:

Momentul magnetic al unui atom, care este asociat cu mișcarea unui electron pe orbită, este proporțional cu momentul mecanic:

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

deci este egal cu zero. Aceasta înseamnă că câmpul magnetic nu ar trebui să afecteze mișcarea atomilor de hidrogen în starea fundamentală, adică să divizeze fluxul de particule. Dar la utilizarea instrumentelor spectrale, s-a demonstrat că liniile spectrului hidrogenului arată prezența unei structuri fine (dublete) chiar dacă nu există câmp magnetic. Pentru a explica prezența unei structuri fine, a fost propusă ideea unui moment unghiular mecanic intrinsec al unui electron în spațiu (spin).

Momentul magnetic al unei bobine cu curent este o mărime fizică, ca orice alt moment magnetic, care caracterizează proprietățile magnetice ale unui sistem dat. În cazul nostru, sistemul este reprezentat de o buclă circulară cu curent. Acest curent creează un câmp magnetic care interacționează cu un câmp magnetic extern. Poate fi fie câmpul pământului, fie câmpul unei constante sau electromagnet.

Imagine— 1 tură circulară cu curent

O bobină circulară cu curent poate fi reprezentată ca un magnet scurt. Mai mult, acest magnet va fi îndreptat perpendicular pe planul bobinei. Locația polilor unui astfel de magnet este determinată folosind regula gimlet. Conform căreia nordul plus va fi în spatele planului bobinei dacă curentul din acesta se mișcă în sensul acelor de ceasornic.

Imagine— 2 Magnet de bară imaginară pe axa bobinei

Acest magnet, adică bobina noastră circulară cu curent, ca orice alt magnet, va fi afectată de un câmp magnetic extern. Dacă acest câmp este uniform, atunci va apărea un cuplu care va tinde să rotească bobina. Câmpul va roti bobina astfel încât axa acesteia să fie situată de-a lungul câmpului. În acest caz, liniile de forță ale bobinei în sine, ca un mic magnet, trebuie să coincidă în direcția cu câmpul exterior.

Dacă câmpul extern nu este uniform, atunci mișcarea de translație va fi adăugată cuplului. Această mișcare va apărea din cauza faptului că zonele câmpului cu o inducție mai mare vor atrage magnetul nostru sub forma unei bobine mai mult decât zonele cu o inducție mai mică. Și bobina va începe să se miște spre câmp cu o inducție mai mare.

Mărimea momentului magnetic al unei bobine circulare cu curent poate fi determinată prin formula.

Formula - 1 Moment magnetic al bobinei

Unde, curent care curge prin bobină

Zona S a bobinei cu curent

n normal cu planul în care se află bobina

Astfel, se poate observa din formula că momentul magnetic al bobinei este o mărime vectorială. Adică, pe lângă mărimea forței, adică modulul ei, are și o direcție. Momentul magnetic a primit această proprietate datorită faptului că include vectorul normal la planul bobinei.

Pentru a consolida materialul, puteți efectua un experiment simplu. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de o bobină circulară, din sârmă de cupru, conectată la o baterie. În acest caz, firele de plumb ar trebui să fie suficient de subțiri și, de preferință, răsucite împreună. Acest lucru va reduce impactul acestora asupra experienței.

Imagine—

Acum haideți să agățăm un fir de plumb într-un câmp magnetic uniform creat, să zicem, de magneți permanenți. Bobina este încă dezactivată, iar planul său este paralel cu liniile de forță ale câmpului. În acest caz, axa și polii unui magnet imaginar vor fi perpendiculare pe liniile câmpului extern.

Imagine—

Când se aplică curent bobinei, planul acesteia se va întoarce perpendicular pe liniile de forță ale magnetului permanent, iar axa va deveni paralelă cu acestea. Mai mult, sensul de rotație al bobinei va fi determinat de regula gimlet. Și strict vorbind, direcția în care curge curentul prin bobină.

Când este plasată într-un câmp extern, o substanță poate reacționa la acest câmp și poate deveni ea însăși o sursă a unui câmp magnetic (a fi magnetizată). Astfel de substanțe sunt numite magneti(comparați cu comportamentul dielectricilor într-un câmp electric). În funcție de proprietățile lor magnetice, magneții sunt împărțiți în trei grupuri principale: diamagneți, paramagneți și feromagneți.

Diferite substanțe sunt magnetizate în moduri diferite. Proprietățile magnetice ale materiei sunt determinate de proprietățile magnetice ale electronilor și atomilor. Majoritatea substanțelor sunt slab magnetizate - aceștia sunt diamagneți și paramagneți. Unele substanțe în condiții normale (la temperaturi moderate) sunt capabile să fie magnetizate foarte puternic - aceștia sunt feromagneți.

Mulți atomi au un moment magnetic net egal cu zero. Substanțele formate din astfel de atomi sunt diamagetice. Acestea includ, de exemplu, azot, apă, cupru, argint, sare comună NaCI, dioxid de siliciu Si02. Substanțelor, la care momentul magnetic rezultat al atomului este diferit de zero, aparțin paramagneti. Exemple de paramagneți sunt: ​​oxigenul, aluminiul, platina.

În cele ce urmează, atunci când vorbim de proprietăți magnetice, vom avea în vedere în special diamagneții și paramagneții, iar proprietățile unui grup mic de feromagneți vor fi uneori discutate în mod special.

Să luăm în considerare mai întâi comportamentul electronilor materiei într-un câmp magnetic. Pentru simplitate, să presupunem că electronul se rotește în atom în jurul nucleului cu o viteză v de-a lungul unei orbite cu raza r. O astfel de mișcare, care se caracterizează printr-un moment unghiular orbital, este în esență un curent circular, care se caracterizează, respectiv, printr-un moment magnetic orbital.

volumul r orb. Bazat pe perioada de revoluție în jurul circumferinței T= - avem asta

un punct arbitrar al orbitei pe care îl traversează electronul pe unitatea de timp -

o singura data. Prin urmare, curentul circular, egal cu sarcina care trece prin punctul pe unitatea de timp, este dat de expresia

Respectiv, momentul magnetic orbital al unui electron conform formulei (22.3) este egal cu

Pe lângă momentul unghiular orbital, electronul are și propriul său moment unghiular, numit înapoi. Spinul este descris de legile fizicii cuantice și este o proprietate inerentă a unui electron - cum ar fi masa și sarcina (vezi mai multe detalii în secțiunea de fizică cuantică). Momentul unghiular intrinsec corespunde momentului magnetic intrinsec (spin) al electronului r sp.

Nucleele atomilor au, de asemenea, un moment magnetic, dar aceste momente sunt de mii de ori mai mici decât momentele electronilor și pot fi de obicei neglijate. Ca rezultat, momentul magnetic total al magnetului Rt este egală cu suma vectorială a momentelor magnetice orbitale și de spin ale electronilor magnetului:

Un câmp magnetic extern acționează asupra orientării particulelor de materie care au momente magnetice (și microcurenți), în urma cărora materia este magnetizată. Caracteristica acestui proces este vector de magnetizare J, egal cu raportul dintre momentul magnetic total al particulelor magnetului și volumul magnetului AV:

Magnetizarea se măsoară în A/m.

Dacă un magnet este plasat într-un câmp magnetic extern В 0, atunci ca rezultat

magnetizare, va apărea un câmp intern de microcurenți B, astfel încât câmpul rezultat va fi egal cu

Luați în considerare un magnet sub forma unui cilindru cu o zonă de bază Sși înălțimea /, plasate într-un câmp magnetic exterior uniform cu inducție La 0 . Un astfel de câmp poate fi creat, de exemplu, folosind un solenoid. Orientarea microcurenților în câmpul exterior devine ordonată. În acest caz, câmpul de microcurenți ai diamagneților este îndreptat opus câmpului extern, iar câmpul de microcurenți ai paramagneților coincide în direcție cu câmpul extern.

În orice secțiune a cilindrului, ordinea microcurenților duce la următorul efect (Fig. 23.1). Microcurenții ordonați din interiorul magnetului sunt compensați de microcurenți vecini, iar microcurenții de suprafață necompensați curg de-a lungul suprafeței laterale.

Direcția acestor microcurenți necompensați este paralelă (sau anti-paralelă) cu curentul care curge în solenoid creând un zero extern. În general, ei Orez. 23.1 dați curentul intern total Aceasta curent de suprafață creează un câmp intern de microcurent B vîn plus, legătura dintre curent și câmp poate fi descrisă prin formula (22.21) pentru zeroul solenoidului:

Aici, permeabilitatea magnetică este luată egală cu unitate, întrucât rolul mediului este luat în considerare prin introducerea curentului de suprafață; densitatea spirelor de înfășurare ale solenoidului corespunde uneia pentru întreaga lungime a solenoidului /: n = unu //. În acest caz, momentul magnetic al curentului de suprafață este determinat de magnetizarea întregului magnet:

Din ultimele două formule, ținând cont de definiția magnetizării (23.4), rezultă

sau sub formă vectorială

Atunci din formula (23.5) avem

Experiența studierii dependenței magnetizării de puterea câmpului extern arată că câmpul poate fi considerat de obicei slab, iar în expansiunea într-o serie Taylor, este suficient să ne limităm la un termen liniar:

unde coeficientul de proporționalitate adimensional x - susceptibilitate magnetică substante. Având în vedere acest lucru, avem

Comparând ultima formulă pentru inducția magnetică cu formula binecunoscută (22.1), obținem relația dintre permeabilitatea magnetică și susceptibilitatea magnetică:

Remarcăm că valorile susceptibilității magnetice pentru diamagneți și paramagneți sunt mici și sunt de obicei modulo 10 "-10 4 (pentru diamagneți) și 10 -8 - 10 3 (pentru paramagneți). În acest caz, pentru diamagneți X x > 0 și p > 1.