3.15. Магнитные свойства вещества

Рассмотрим действие магнитного поля на атомы и молекулы вещества. Опыт показывает, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются. Согласно гипотезе Ампера в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах.

р_m=ISn, ½p_m½ = IS=enS,

где I=еn—сила тока, n —частота вращения электрона по орбите, S—площадь орбиты.

Если электрон движется по часовой стрелке, то ток направлен против часовой стрелки и вектор р_m (составляет правовинтовую систему с силой тока) направлен перпендикулярно плоскости орбиты электрона.

Орбитальным механическим моментом импульса называется величина L_e, модуль которой

L_e = mvr = 2mnS,

где v=2pnr, pr²=S.

Направление вектора L_e определяется по правилу правого винта (со скоростью) и противоположно р_m:

р_m = -e/2m L_e = L_e ,

где p_m называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов (знак “—” указывает на противоположное направления моментов).

Это отношение, определяемое универсальными постоянными, одинаково для любой орбиты, хотя для разных орбит значения v и r различны.

Собственный механический момент импульса L_es называется спином. Спин является неотъемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе. Спину электрона L_es соответствует собственный (спиновой) магнитный момент р_ms, пропорциональный L_es и направленный в противоположную сторону: р_ms = -e/m =L_es

Проекция собственного магнитного момента р_m на направление вектора В может принимать только одно из следующих двух значений:

р_msB = ± e/2m = ±m_B,

где = h/2p,

mв — магнетон Бора, являющийся единицей магнитного момента электрона.

Спин элементарных частиц оказывается целым или полуцелым кратным .

Магнитный момент электрона складывается из орбитального и спинового магнитных моментов. Магнитный момент атома складывается из магнитных моментов входящих в его состав электронов и магнитного момента ядра (обусловлен магнитными моментами входящих в ядро протонов и нейтронов). Однако магнитные моменты ядер в тысячи раз меньше магнитных моментов электронов, поэтому ими пренебрегают.

Общий магнитный момент атома (молекулы) р_а равен векторной сумме магнитных моментов (орбитальных и спиновых) входящих в атом (молекулу) электронов:

р_а =р_m+р_mS