Магнитен моментпритежават елементарни частици, атомни ядра, електронни обвивки на атоми и молекули. Магнитен моментелементарни частици (електрони, протони, неутрони и други), както е показала квантовата механика, се дължи на съществуването на техен собствен механичен момент - назад. Магнитен моментядрата са съставени от собствени (спин) Магнитен моментпротони и неутрони, образуващи тези ядра, както и Магнитен момент, свързани с орбиталното им движение вътре в ядрото. Магнитен моментелектронните обвивки на атомите и молекулите са изградени от спинови и орбитални обвивки Магнитен моментелектрони. Спиновият магнитен момент на електрон m sp може да има две равни и противоположно насочени проекции върху посоката на външното магнитно поле Н. Абсолютна стойностпроекции
където m in = (9,274096 ±0,000065) 10 -21 ерг/гс - Борен магнетон , , Къде ч - Планкова константа, дИ м e - заряд и маса на електрона, с- скорост на светлината; - проекция на спиновия механичен момент върху посоката на полето з. Абсолютна стойност на въртене Магнитен момент
Лит.:Тамм I.E., Основи на теорията на електричеството, 8 изд., М., 1966; Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М., Електродинамика на непрекъснатите среди, М., 1959 г.; Дорфман Я., Магнитни свойства и структура на материята, М., 1955; Вонсовски С.В., Магнетизъм на микрочастиците, М., 1973.
С. В. Вонсовски.
Статия за думата " Магнитен момент„до Болшой Съветска енциклопедияе прочетена 20948 пъти
Въпроси по физика
сила на Лоренц;
Сила на Лоренц- силата, с която в рамките на класическата физика електромагнитното поле действа върху точково заредена частица. Понякога силата на Лоренц е силата, действаща върху заряд, движещ се със скорост само от страната на магнитното поле, а често общата сила се прилага от страната електромагнитно полекато цяло, с други думи, от страна на електрическите и магнитните полета. Изразено в SI като:
Макроскопичното проявление на силата на Лоренц е силата на Ампер.
Заредена частица
Сила на Лоренц fдействайки върху заредена частица (заряд р) при движение (с постоянна скорост v). дполе и Бполетата се променят в пространството и времето.
Сила Едействащ върху частица с електрически заряд р, движейки се с постоянна скорост v, във външни ел ди магнитни Бполета е така:
където × е векторното произведение. Всички количества в удебелен шрифт са вектори. По-ясно:
Къде r- радиус вектор на заредена частица, t- време, точката означава производната по време.
Непрекъснато разпределение на заряда
Сила на Лоренц (за единица 3 обема) fдействащи върху непрекъснатото разпределение на заряда (плътност на заряда ρ) по време на движение. 3-плътност на потока Джсъответства на движението на зареден елемент dqв обем dV .
За непрекъснато разпространениезаряд, силата на Лоренц приема формата:
Къде dЕ- сила, действаща върху малък елемент dq.
Закон на Ампер;
Закон на Ампер- законът за взаимодействие на електрическите токове. За първи път е инсталиран от Андре Мари Ампер през 1820 г. за постоянен ток. От закона на Ампер следва, че успоредни проводници с електрически токове, протичащи в една посока, се привличат, а в противоположни посоки се отблъскват. Законът на Ампер също е законът, който определя силата, с която магнитното поле действа върху малък сегмент от проводник, по който протича ток. Израз за силата, с която магнитното поле действа върху обемен елемент от проводник с плътност на тока, разположен в магнитно поле с индукция, в Международна системаединици (SI) има формата:
Ако токът протича през тънък проводник, тогава , където е „елементът на дължината“ на проводника - вектор, който е равен по големина и съвпада по посока с тока. Тогава предишното равенство може да се пренапише по следния начин:
Посоката на силата се определя от правилото за изчисляване на векторния продукт, което е удобно да се запомни с помощта на правилото на лявата ръка.
Модулът на силата на ампера може да се намери по формулата:
където е ъгълът между векторите на магнитната индукция и тока.
Силата е максимална, когато проводящият елемент с ток е разположен перпендикулярно на линиите на магнитна индукция ():
Най-известният пример, илюстриращ силата на Ампер, е следната задача. Във вакуум два безкрайни паралелни проводника са разположени на разстояние един от друг, в които токове и текат в една и съща посока. Необходимо е да се намери силата, действаща на единица дължина на проводника.
В съответствие със закона на Био-Савар-Лаплас, безкраен проводник с ток в точка на разстояние създава магнитно поле с индукция
Всъщност амперът, който е една от основните единици на SI, се определя в него като „силата на постоянен ток, който, когато преминава през два успоредни прави проводника с безкрайна дължина и незначителна площ на кръгло напречно сечение, разположени във вакуум на разстояние 1 метър един от друг, биха причинили върху всяка секция от проводник с дължина 1 метър, силата на взаимодействие е равна на 2·10−7 нютона."
Така от получената формула и дефиницията на ампер следва, че магнитната константа е равна на H/A² или, което е същото, Hn/m точно.
Диполен магнитен момент;
Магнитен момент, магнитен диполен момент- основното количество, характеризиращо магнитните свойства на веществото. Източникът на магнетизъм, според класическата теория на електромагнитните явления, са електрическите макро- и микротокове. Елементарният източник на магнетизъм се счита за затворен ток. Елементарните частици, атомните ядра и електронните обвивки на атомите и молекулите имат магнитен момент. Магнитният момент на елементарните частици (електрони, протони, неутрони и други), както показва квантовата механика, се дължи на съществуването на собствен механичен момент - спин.
Магнитният момент се измерва в A⋅m 2 или J/T (SI), или erg/G
(CGS), 1 erg/Gs = 10 -3 J/T. Специфичната единица за елементарен магнитен момент е магнетонът на Бор.
При плосък контур с токов удармагнитният момент се изчислява като
където е силата на тока във веригата, е площта на веригата, е единичният вектор на нормалата към равнината на веригата. Посоката на магнитния момент обикновено се намира според правилото на гимлета: ако завъртите дръжката на гимлета по посока на тока, тогава посоката на магнитния момент ще съвпадне с посоката на транслационното движение на гимлета.
За произволен затворен контур магнитният момент се намира от:
където е радиус-векторът, начертан от началото до елемента на дължината на контура
В общия случай на произволно разпределение на тока в среда:
където е плътността на тока в обемния елемент.
Магнитен момент основната величина, характеризираща магнитните свойства на веществото. Източникът на магнетизъм, според класическата теория на електромагнитните явления, са електрическите макро- и микротокове. Елементарният източник на магнетизъм се счита за затворен ток. От опита и класическата теория на електромагнитното поле следва, че магнитните действия на затворен ток (верига с ток) се определят, ако продуктът ( М) сила на тока азпо площ на контура σ ( М = азσ /cв системата от единици CGS (Вижте системата от единици CGS), с -
скорост на светлината). вектор Ми по дефиниция е M. m. Може да се напише и в друга форма: М = m l, Къде м-еквивалентен магнитен заряд на веригата и л- разстоянието между „зарядите“ с противоположни знаци (+ и -
). Елементарните частици, атомните ядра и електронните обвивки на атомите и молекулите притежават магнетизъм. Инерцията на елементарните частици (електрони, протони, неутрони и други), както е показала квантовата механика, се дължи на съществуването на техния собствен механичен въртящ момент - Spin a. Магнитните сили на ядрата са съставени от присъщите (спинови) магнитни сили на протоните и неутроните, които образуват тези ядра, както и магнитните сили, свързани с тяхното орбитално движение вътре в ядрото. Молекулните маси на електронните обвивки на атомите и молекулите са съставени от спинови и орбитални магнитни маси на електрони. Спиновият магнитен момент на електрон m sp може да има две равни и противоположно насочени проекции върху посоката на външното магнитно поле Н.Абсолютна величина на проекцията където μ in = (9,274096 ±0,000065) 10 -21 ерг/гс -Борен магнетон, h-
Планкова константа , дИ м e - заряд и маса на електрона, с- скорост на светлината; S H -проекция на спиновия механичен момент върху посоката на полето з. Абсолютната стойност на спина M. m. Къде s= 1 / 2 - спиново квантово число (Вижте Квантови числа). Съотношението на спиновия магнетизъм към механичния момент (спин) тъй като спин Изследванията на атомните спектри показват, че m H sp всъщност е равно не на m in, а на m in (1 + 0,0116). Това се дължи на ефекта върху електрона на така наречените нулеви трептения на електромагнитното поле (вижте Квантова електродинамика, Радиационни корекции).
Орбиталният импулс на електронно m кълбо е свързан с механичния орбитален импулс чрез съотношението ж opb = |m кълбо | / | кълбо | = | д|/2мд c, тоест магнитомеханичното съотношение ж opb е два пъти по-малко от ж cp. Квантовата механика позволява само дискретна поредица от възможни проекции на m кълба върху посоката на външното поле (така нареченото пространствено квантуване): m Н кълбо = m l m в ,
където m l -
магнитно квантово число като 2 л+ 1 стойности (0, ±1, ±2,..., ± л, Къде л-
орбитално квантово число). В многоелектронните атоми орбиталният и спиновият магнетизъм се определят от квантови числа ЛИ Собщи орбитални и спинови моменти. Добавянето на тези моменти се извършва съгласно правилата на пространственото квантуване. Поради неравенството на магнитомеханичните отношения за спина на електрона и неговото орбитално движение ( ж cn¹ ж opb) получената ММ на атомната обвивка няма да бъде успоредна или антипаралелна на получения механичен момент Дж.
Следователно компонентът на общия MM често се разглежда в посока на вектора Дж, равно на Къде ж J - магнитомеханично отношение електронна обвивка, Дж- общо ъглово квантово число. Молекулната маса на протон, чийто спин е равен на Къде Мр- протонна маса, която е 1836,5 пъти по-голяма м e, m отрова - ядрен магнетон, равен на 1/1836.5m in. Неутронът не трябва да има магнетизъм, тъй като няма заряд. Опитът обаче показва, че молекулната маса на протона е m p = 2,7927m отрова, а тази на неутрона е m n = -1,91315m отрова. Това се дължи на наличието на мезонни полета в близост до нуклони, които определят техните специфични ядрени взаимодействия (вижте Ядрени сили, Мезони) и влияят на техните електромагнитни свойства. Общо M. m атомни ядране са кратни на m отрова или m p и m n. Така калиевите ядра на M. m За характеристики магнитно състояниемакроскопични тела, се изчислява средната стойност на получената микроскопична маса на всички микрочастици, образуващи тялото. Намагнитването на единица обем на тялото се нарича намагнитване. За макротелата, особено в случай на тела с атомно магнитно подреждане (феро-, фери- и антиферомагнетици), се въвежда понятието среден атомен магнетизъм като средна стойност на магнетизма на един атом (йон) - носител на магнетизма. в тялото. При вещества с магнитен ред тези средни атомни магнетизми се получават като коефициент на спонтанното намагнитване на феромагнитни тела или магнитни подрешетки във фери- и антиферомагнетици (при абсолютна нулатемпература) от броя на атомите, които са носители на молекулно тегло на единица обем. Обикновено тези средни атомни молекулни маси се различават от молекулните маси на изолирани атоми; техните стойности в магнетони на Бор m се оказват дробни (например в преходните d-метали Fe, Co и Ni, съответно 2,218 m in, 1,715 m in и 0,604 m in) Тази разлика се дължи на a промяна в движението на d-електрони (носители на величина в сравнение с движението в изолирани атоми). В случай на редкоземни метали (лантаниди), както и неметални феро- или феримагнитни съединения (например ферити), незавършените d- или f-слоеве на електронната обвивка (основните атомни носители на метални метали ) на съседните йони в кристала се припокриват слабо, така че няма забележима колективизация на тези. Няма слоеве (както при d-метали) и молекулната маса на такива тела се променя малко в сравнение с изолираните атоми. Директното експериментално определяне на магнетизма върху атомите в кристал стана възможно в резултат на използването на магнитна неутронна дифракция, радиоспектроскопия (ЯМР, ЕПР, ФМР и др.) и ефекта на Мьосбауер. За парамагнитните материали също е възможно да се въведе концепцията за среден атомен магнетизъм, който се определя чрез експериментално установената константа на Кюри, която е включена в израза за
Магнитен моментограничено разпределение на движещи се заряди (токове) се нарича стойност, равна на
m = ½Σq i r̅ i × v̅ i
(зарядът на частица се умножава по нейния радиус вектор, полученият вектор се умножава векторно по скоростта на частицата и тези стойности за всички частици се сумират). Това е важна характеристика на ограничено (заемащо краен обем) разпределение на движещи се заряди (токове). На голямо разстояние от това разпределение структурата на магнитното поле (тип на силовите линии) ще бъде същата като електрическо поледипол. Ако зарядите и масите на частиците са еднакви ( м- маса на частици от един вид), тогава магнитен моментпропорционален момент на импулсна разглежданата система от частици:
m = ½ (q / m)Σmr̅ i × v̅ i = (q / 2m)L̅.
Нека вземем батерия и свържем дълъг изолиран проводник към нейните полюси. Токът, протичащ в проводника, ще създаде магнитно поле. Нека смачкаме този проводник и го залепим около батерията, за да получим компактна бучка. Ще създаде ли магнитно поле? Уил. Това ограничено разпределение на тока най-вероятно ще има магнитен моменти ще създаде поле, чиято структура е подобна на полето на електрически дипол.
От това следва, че една равномерно заредена и хомогенна въртяща се топка има магнитен моменти създава магнитно поле. По същата причина един атом ще има магнитен момент, ако ъгловият момент на електроните, влизащи в него, е различен от нула. Най-простият пример за такова разпределение е плоска намотка с ток. Ако n̅е единичен вектор, нормален към равнината на завоя, ориентиран така, че да образува десен винт с посоката на тока, тогава магнитният момент на завоя ще бъде равен на
м̅= ISn̅,
Къде С- площ на бобината.
Магнитен момент соленоид — съвкупностN последователни завъртания- ще бъде равен, очевидно:
m =INSN̅,
Къде n̅е единичният вектор по оста на соленоида. Ограничено разпределение на тока в началото с магнитен момент m =ми̅,ориентирани по оста x,създава в точки на осите x,гмагнитно поле, определено по формулите: Материал от сайта
B̅(x, 0, 0) = (μ 0 m/2π x3).аз,
B̅(0, y, 0) =-(μ 0 м/4 π y 3) .аз,
Формулата е вярна за разстояния, много големи разпределителни размери.
Земята (като планета) има магнитен момент, тъй като създава магнитно поле. Това означава, че в дълбините му протичат токове, които могат да бъдат оценени от магнитното поле. Разглеждайки формулите, веднага можем да кажем, че индукцията на земното поле на полюса е приблизително два пъти по-голяма, отколкото на екватора.
На тази страница има материали по следните теми:
МАГНИТЕН МОМЕНТ- физически стойност, характеризираща магнет свойства на системата за зареждане частици (или отделни частици) и определяне, заедно с други мултиполни моменти (електричен диполен момент, квадруполен момент и т.н., вж. Мултиполи) взаимодействие на системата с външни ел-магн. полета и други подобни системи.
Според идеите на класическата , маг. полето се създава от движещи се електрически вълни. . Макар и модерен теорията не отхвърля (и дори предсказва) съществуването на частици с магнезий. зареждане (магнитни монополи)
, такива частици все още не са наблюдавани експериментално и отсъстват от обикновената материя. Следователно, елементарната характеристика на магнит свойства се оказва именно магнитната маса. Система, която има магнитна маса (аксиален вектор), създава магнитно поле на големи разстояния от системата. поле (- радиус вектор на точката на наблюдение). Electric има подобен външен вид. поле на дипол, състоящ се от две близко разположени ел заряди с противоположен знак.Въпреки това, за разлика от електрическия диполен момент. M. m. се създава не от система от точкови „магнитни заряди“, а от електрически. токове, протичащи в системата.
Ако затворена електрическа токът протича в ограничен обем V, протичаща по плосък завой с площ s, а векторът на MM е насочен по дясната нормала към завоя.
Ако токът се създава от стационарното движение на точка електрическа заряди с маси със скорости, тогава получената магнитна маса, както следва от формула (1), има формата
където се подразбира микроскопично осредняване. величини във времето. Тъй като векторното произведение от дясната страна е пропорционално на вектора на ъгловия момент на частицата 
(предполага се, че скоростите), след това вноските на отдела. частици в M. m и в момента броят на движенията се оказва пропорционален:
Фактор на пропорционалност e/2tsнаречен ; тази стойност характеризира универсалната връзка между магнитите. и механични свойства на зарядното устройство частици в класическия електродинамика.