Магнитные моменты электронов и атомов

Магнитные характеристики вещества

Рассматривая действие магнитного поля на проводники с током и на передвигающиеся заряды, мы не интересовались процессами, происходящими в веществе. Характеристики среды учитывались формально при помощи магнитной проницаемости m.

Опыт указывает, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются. Разглядим причину этого явления исходя из убеждений строения атомов и молекул Магнитные моменты электронов и атомов, положив в базу догадку Ампера, согласно которой в любом теле есть микроскопичные токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах.

Для высококачественного разъяснения магнитных явлений с достаточным приближением можно считать, что электрон движется в атоме по радиальным орбитам. Электрон, передвигающийся по одной из таких орбит, эквивалентен радиальному Магнитные моменты электронов и атомов току, потому он обладает орбитальным магнитным моментом , модуль которого

(5.1)

где – сила тока, – частота вращения электрона по орбите, S – площадь орбиты. Если электрон движется по часовой стрелке (рис. 5.1), то ток ориентирован против часовой стрелки и вектор в согласовании с правилом правого винта ориентирован перпендикулярно плоскости орбиты электрона.

С другой стороны, передвигающийся Магнитные моменты электронов и атомов по орбите электрон обладает механическим моментом импульса , модуль которого, согласно

(5.2)

где . Вектор (его направление также подчиняется правилу правого винта), именуется орбитальным механическим моментом электрона.

Рис. 5.1

Из рис. 5.1 следует, что направления и обратны, потому получим

(5.3)

где величина

(5.4)

именуется гиромагнитным отношением орбитальных моментов (принято писать со знаком «–», указывающим на то, что направления моментов обратны). Это отношение, определяемое универсальными Магнитные моменты электронов и атомов неизменными, идиентично для хоть какой орбиты, хотя для различных орбит значения v и r различны. Формула (5.4) выведена для радиальный орбиты, но она справедлива и для эллиптических орбит.

Экспериментальное определение гиромагнитного дела проведено в опытах Эйнштейна и де Гааза, которые следили поворот свободно подвешенного на тонкой кварцевой нити стального стержня при Магнитные моменты электронов и атомов его намагничении во наружном магнитном поле (по обмотке соленоида пропускался переменных ток с частотой, равной частоте крутильных колебаний стержня). Оно оказалось равным – . Таким макаром, символ носителей, обусловливающих молекулярные токи, совпадал со знаком заряда электрона, а гиромагнитное отношение оказалось вдвое огромным, чем введенная ранее величина g. Для разъяснения этого результата Магнитные моменты электронов и атомов, имевшего огромное значение для предстоящего развития физики, было предположено, а потом подтверждено, что не считая орбитальных моментов, электрон обладает своим механическим моментом импульса , именуемым спином. Числилось, что спин обоснован вращением электрона вокруг собственной оси, что привело к целому ряду противоречий. В текущее время установлено, что спин является Магнитные моменты электронов и атомов неотъемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе. Спину электрона соответствует свой (спиновый) магнитный момент пропорциональный и направленный в обратную сторону:

(5.5)

Величина именуется гиромагнитным отношением спиновых моментов.

Проекция собственного магнитного момента направление вектора может принимать только одно из последующих 2-ух значений:

где ( – неизменная Планка), – магнетон Бора, являющийся единицей магнитного момента электрона.

В Магнитные моменты электронов и атомов общем случае магнитный момент электрона складывается из орбитального и спинового магнитных моментов, Магнитный момент атома, как следует, складывается из магнитных моментов входящих в его состав электронов и магнитного момента ядра (обоснован магнитными моментами входящих в ядро протонов и нейтронов). Но магнитные моменты ядер в тыщи раз меньше магнитных моментов Магнитные моменты электронов и атомов электронов, потому ими третируют.

Таким макаром, общий магнитный момент атома (молекулы) равен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спиновых) входящих в атом (молекулу) электронов:

(5.6)

Диа- и парамагнетизм

Всякое вещество является магнетиком,т. е. оно способно под действием магнитного поля получать магнитный момент (намагничиваться). Для осознания механизма этого явления нужно разглядеть действие Магнитные моменты электронов и атомов магнитного поля на передвигающиеся в атоме электроны.

Ради простоты представим, что электрон в атоме движется по радиальный орбите. Если орбита электрона нацелена относительно вектора произвольным образом, составляя с ним угол a(рис. 5.2), то можно обосновать, что она приходит в такое движение называемое прецессией, при котором вектор магнитного момента , сохраняя неизменным угол α, крутится Магнитные моменты электронов и атомов вокруг .

Рис.5.2

Прецессию вокруг вертикальной оси, проходящей через точку опоры, совершает, к примеру, диск волчка при замедлении движения.

Таким макаром, электрические орбиты атома под действием наружного магнитного поля совершают прецессионное движение, которое эквивалентно радиальному току. Потому что этот микроток индуцирован наружным магнитным полем, то, согласно правилу Ленца Магнитные моменты электронов и атомов, у атома возникает составляющая магнитного поля, направленная обратно наружному полю. Наведенные составляющие магнитных полей атомов (молекул) складываются и образуют собственное магнитное поле вещества, ослабляющее наружное магнитное поле. Этот эффект получил заглавие диамагнитного эффекта,авещества, намагничивающиеся во наружном магнитном поле против направления поля, именуются диамагнетиками.

В отсутствие наружного магнитного Магнитные моменты электронов и атомов поля диамагнетик немагнитен, так как в этом случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома (он равен векторной сумме магнитных моментов, орбитальных и спиновых, составляющих атом электронов) равен нулю. К диамагнетикам относятся многие металлы (к примеру, Вi, Ag, Au, Cu), большая часть органических соединений, смолы, углерод и Магнитные моменты электронов и атомов т. д.

Потому что диамагнитный эффект обоснован действием наружного магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойствен всем субстанциям. Но вместе с диамагнитными веществамисуществуют и парамагнитные – вещества,намагничивающиеся во наружном магнитном поле по направлению поля.

У парамагнитных веществ при отсутствии наружного магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг Магнитные моменты электронов и атомов дружку, и атомы (молекулы) парамагнетиков всегда владеют магнитным моментом. Но вследствие термического движения молекул их магнитные моменты нацелены хаотично, потому парамагнитные вещества магнитными качествами не владеют. При внесении парамагнетика во наружное магнитное поле устанавливается преимущественнаяориентация магнитных моментов атомов пополю (полной ориентации препятствует термическое движение атомов). Таким макаром, парамагнетик намагничивается, создавая собственное Магнитные моменты электронов и атомов магнитное поле, совпадающее по направлению с наружным полем и усиливающее его. Этот эффектименуется парамагнитным.При ослаблении наружного магнитного поля до нуля ориентация магнитных моментов вследствие термического движения нарушается и парамагнетик размагничивается. К парамагнетикам относятся редкоземельные элементы Pt, Al и т. д. Диамагнитный эффект наблюдается и в парамагнетиках Магнитные моменты электронов и атомов, но он существенно слабее парамагнитного и потому остается неприметным.

Если магнитный момент атомов велик, то парамагнитные характеристики преобладают над диамагнитными и вещество является парамагнетиком; если магнитный момент атомов мал, то преобладают диамагнитные характеристики и вещество является диамагнетиком.


majkl-chabon-stranica-25.html
majkl-chabon-stranica-3.html
majkl-chabon-stranica-37.html