Магнитные моменты электронов и атомов

Некоторые вещества, помещенные в магнитное поле, становятся носителями магнитного поля, т.е. являются магнетиками. Для объяснения этого эффекта можно воспользоваться гипотезой Ампера.

В любом веществе существуют микротоки, обусловленные движением электронов в молекулах. Их еще называют молекулярными токами.

Приближенно можно считать, что электрон в атоме движется по круговой орбите (рис. 5.1). Тогда движущийся электрон эквивалентен круговому току, поэтому он обладает орбитальным магнитным моментом:

p_m = iS n, (5.1)

где i – сила тока, S n - площадь орбиты, p_m – орбитальный магнитныймомент..

С другой стороны, движущийся по круговой орбите электрон обладает орбитальным механическим моментом ,

где I – момент инерции электрона, ω – угловая скорость: I = m r²; ω = 2πν; S = π r ².

L = mr ^2. 2πν = 2 m ν S, (5.2)

где ν – частота вращения электрона.

Если, p_m = iS; i = eν (i= q/t, t=T =1/ ν, q=e), то

p_m = e νS. (5.3)

Из формулы (5.2): . Эту формулу подставляем в (5.3):

,

где – гиромагнитное отношение орбитальных моментов, которое является универсальной постоянной.

Однако эксперимент дает значение гиромагнитного отношения другим, равным т.е. в 2 раза большим, чем введенная ранее величина g.

Впоследствии было доказано, что кроме p _m и L электрон обладает собственным механическим моментом импульса L _S – спином.

Спин является неотъемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе. Спину электрона соответствует собственный (спиновый) магнитный момент:

Величина g _S – гиромагнитное отношение спиновых моментов.

Таким образом, магнитный момент электрона равен сумме орбитального магнитного момента p _m и спинового магнитного момента p _mS:

Магнитный момент атома складывается из магнитных моментов, входящих в его состав электронов и магнитного момента ядра. Однако магнитные моменты ядер в тысячи раз меньше магнитных моментов электронов, поэтому ими пренебрегают (масса ядра >> массы электронов). Следовательно, магнитный момент атома (молекулы):

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: