Magneettinen hetki hallussaan alkuainehiukkaset, atomitukit, atomien elektronikuoret ja molekyylit. Magneettinen hetki alkuainepartikkelit (elektronit, protonit, neutronit ja muut), kuten kvanttimekaniikka osoittaa, johtuen niiden omien mekaanisten momenttien olemassaolosta - takana. Magneettinen hetki ytimet koostuvat omasta (spin) Magneettinen hetki protonit ja neutronit, jotka muodostavat nämä ytimet, samoin Magneettinen hetkiliittyvät heidän kiertoradan liikkeeseen ytimen sisällä. Magneettinen hetki atomien ja molekyylien elektronikuoret koostuvat spinistä ja kiertoradasta Magneettinen hetki elektroneja. Elektroni spin -magneettisella momentilla m sp voi olla kaksi yhtä suurta ja vastakkaisesti suunnattua projektiota ulkoisen magneettikentän suuntaan N. Projektion absoluuttinen arvo
missä m \u003d \u003d (9,274096 ± 0,000065) · 10-21 erg / gs - Bora-magnetoni , missä h - Planck vakio, e ja m e on elektronin varaus ja massa, kanssa - valon nopeus; - spin-mekaanisen momentin projektio kentän suuntaan H. Pyörityksen absoluuttinen arvo Magneettinen hetki
Lit .: Tamm I.E., sähkön teorian perusteet, 8. painos, M., 1966; Landau L. D. ja Lifshits E. M., jatkuvien väliaineiden sähköodynamiikka, M., 1959; Dorfman Ya. G., Magneettiset ominaisuudet ja aineen rakenne, M., 1955; Vonsovsky S.V., Mikropartikkelien magnetismi, M., 1973.
S. V. Vonsovsky.
Artikkeli sanasta " Magneettinen hetki"on luettu Suuren Neuvostoliiton tietosanakirjassa 20948 kertaa
Fysiikan kysymykset
Lorentzin voima;
Lorentzin voima - voima, jolla klassisen fysiikan puitteissa sähkömagneettinen kenttä vaikuttaa pistevaraamiseen hiukkasiin. Joskus voimaa Lorentz kutsutaan voimana, joka vaikuttaa varaukseen, joka liikkuu nopeudella vain magneettikentän puolelta, usein koko voima on yleensä sähkömagneettisen kentän puolelta, toisin sanoen sähkö- ja magneettikentän puolelta. Ilmaistuna SI:
Lorentzin voiman makroskooppinen ilmentymä on Amperen voima.
Ladattu hiukkanen
Lorentzin voima f toimii varautuneelle hiukkaselle (varaus q) ajon aikana (vakionopeudella v). E kenttä ja B kentän muutos tilassa ja ajassa.
teho F vaikuttavat hiukkasella sähkövarauksella qliikkuu vakionopeudella vulkoisessa sähkössä E ja magneettinen B kentät, kuten:
missä × on vektorituote. Kaikki lihavoidut arvot ovat vektoreita. Tarkemmin:
jossa r on varautuneen hiukkasen sädevektori, t - aika, piste tarkoittaa aikajohdannaista.
Jatkuva varauksen jakautuminen
Lorentzin voima (yksikköä kohti 3 tilavuutta) f vaikuttavat jatkuvaan varausjakaumaan (varaustiheys ρ) liikkeen aikana. 3-virtaustiheys J vastaa varautuneen elementin liikettä dq volyymissa dV .
Jatkuvaa varauksen jakamista varten Lorentz-voima on muodossa:
jossa dF - pieneen elementtiin vaikuttava voima dq.
Amperen laki;
Amperen laki - Sähkövirtojen vuorovaikutuslaki. Sen ensimmäisen kerran asensi Andre Marie Ampère vuonna 1820 tasavirtaan. Amperen laista seuraa, että rinnakkaiset johtimet, joiden sähkövirrat virtaavat yhteen suuntaan, houkuttelevat, ja päinvastoin ne hylkivät. Amperen lakia kutsutaan myös lakiksi, joka määrittelee voiman, jolla magneettikenttä vaikuttaa pieneen virtajohtimen segmenttiin. Ilmaisulla voimalle, jolla magneettikenttä vaikuttaa johtimen tilavuusosaan, jonka tiheysvirta sijaitsee magneettikentässä induktiolla kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI), on seuraava muoto:
Jos virta virtaa ohutta johtinta pitkin, niin missä johtimen ”pituuselementti” on vektorimoduuli, joka on yhtä suuri ja samansuuntainen virran kanssa. Sitten edellinen tasa-arvo voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti:
Voiman suunta määräytyy vektorituotteen laskemissäännön perusteella, joka on mukava muistaa käyttämällä vasemman käden sääntöä.
Amperevoimakerroin saadaan kaavasta:
missä on magneettisen induktion vektorien ja virran välinen kulma.
Voima on suurin, kun johtimen elementti, jolla on virta, on kohtisuorassa magneettisen induktion viivoihin nähden ():
Kuuluisin esimerkki, joka kuvaa Amperen voimaa, on seuraava tehtävä. Vakuumissa etäisyyden päässä toisistaan \u200b\u200bon kaksi ääretöntä yhdensuuntaista johdinta, joissa virtaukset virtaavat samaan suuntaan. Tarvitaan löytää johdin yksikköpituuteen vaikuttava voima.
Biot-Savart-Laplace -lain mukaisesti ääretön johdin, jonka virta on etäisyyden päässä, luo magneettikentän induktiolla
Itse asiassa ampeeri, joka on yksi SI-pääyksiköistä, määritellään siinä "vakiovirran voimana, joka, kun se kulkee kahden ääretön pituisen yhdensuuntaisen suoravirtaisen johtimen ja tyhjössä yhden metrin etäisyydellä sijaitsevan pienen ympyränmuotoisen poikkileikkauspisteen läpi, yhden metrin etäisyydellä toisistaan, aiheuttaisi jokaisessa johtimen osassa, joka on 1 metri pitkä, vuorovaikutusvoima on 2 · 10–7 Newtonia. ”
Siten saadusta kaavasta ja ampeerin määritelmästä seuraa, että magneettinen vakio on yhtä suuri kuin N / A² tai mikä on sama, GN / m varmasti.
Dipolin magneettinen momentti;
Magneettinen hetki, magneettinen dipolimomentti - aineen magneettisia ominaisuuksia kuvaava pääarvo. Klassisen sähkömagneettisten ilmiöiden teorian mukaan magnetismin lähde on sähkömakro- ja mikrovirrat. Elementtinen magnetistilähde on suljettu virta. Alkuhiukkasilla, atomiytimillä, atomien ja molekyylien elektronikuorilla on magneettinen momentti. Alkumaisten hiukkasten (elektronien, protonien, neutronien ja muiden) magneettinen momentti, kuten kvanttimekaniikka osoittaa, johtuu niiden oman mekaanisen momentin - spinin - olemassaolosta.
Magneettinen momentti mitataan ⋅⋅m 2 tai J / T (SI) tai erg / G
(GHS), 1 erg / Gs \u003d 10-3 J / T. Erityinen elementti magneettisen momentin yksikkö on Bohr-magnetoni.
Sähkövirtaan kuuluvan tasomaisen piirin tapauksessa magneettinen momentti lasketaan
missä on virran voimakkuus piirissä, on piirin alue, on yksikön normaali vektori piirin tasoon. Magneettisen momentin suunta löytyy yleensä potkurin säännöstä: Jos kiertää potin kahvaa virran suuntaan, magneettisen momentin suunta on samanlainen kuin potkurin translaation liikesuunta.
Mielivaltaisen suljetun silmukan tapauksessa magneettinen momentti löytyy:
missä on sädevektori, joka on vedetty alkuperäisestä muodonpituuselementtiin
Yleisessä tapauksessa virtajen mielivaltainen jakautuminen väliaineelle:
missä on nykyinen tiheys tilavuusosassa.
Magneettinen hetki pääarvo, joka kuvaa aineen magneettisia ominaisuuksia. Klassisen sähkömagneettisten ilmiöiden teorian mukaan magnetismin lähde on sähkömakro- ja mikrovirrat. Elementtinen magnetistilähde on suljettu virta. Kokemuksesta ja sähkömagneettisen kentän klassisesta teoriasta seuraa, että suljetun virran (virtapiiri) magneettiset vaikutukset määritetään, jos tuote ( M) virran voimakkuus minä muodon alueella σ ( M = minäσ / c GHS-yksikköjärjestelmässä (katso GHS-yksikköjärjestelmä), kanssa -
valon nopeus). vektori M ja siellä on määritelmän mukaan M. m. Se voidaan kirjoittaa toisessa muodossa: M = m ljossa m -- virtapiirin vastaava magneettinen varaus, ja - l- etäisyys vastakkaisten merkkien "latausten" välillä (+ ja -
). M. m. Hallussaan alkuainehiukkaset, atomitumat, atomien elektronikuoret ja molekyylit. M. m. Alkuainehiukkasista (elektronit, protonit, neutronit ja muut), kuten kvanttimekaniikka osoittaa, johtuen niiden omasta mekaanisesta momentista - Spin a. M. m. Ytimet koostuvat sisäisistä (spin) M. m. Protoneista ja neutroneista, jotka muodostavat nämä ytimet, sekä M. m., Jotka liittyvät heidän kiertoradallaan ytimen sisällä. M. m. Atomien ja molekyylien kuoreista koostuu spinistä ja kiertoradalla olevista M. m: n elektronista. Elektroni spin -magneettisella momentilla m sp voi olla kaksi yhtä suurta ja vastakkaisesti suunnattua projektiota ulkoisen magneettikentän suuntaan N. Projektion absoluuttinen arvo missä μ \u003d \u003d (9,274096 ± 0,000065) · 10 -21 erg / gs -Bora-magnetoni, h -
Planck vakio , e ja m e on elektronin varaus ja massa, kanssa - valon nopeus; S H -spin-mekaanisen momentin projektio kentän suuntaan H. Pyörimisen absoluuttinen arvo M. m. jossa s \u003d 1/2 on spin-kvanttiluku (katso kvanttiluvut). M: n spinnin M. suhde mekaaniseen momenttiin (takaisin) vuodesta spin Atomispektrien tutkimukset ovat osoittaneet, että mH cn ei oikeastaan \u200b\u200bole m m, vaan m in (1 + 0,0116). Tämä johtuu sähkömagneettisen kentän ns. Nollapiste-värähtelyjen vaikutuksesta elektroniin (katso kvanttielektrodynamiikka, säteilykorjaukset).
Orbitaalinen M. m. Elektroni m. Pallo on kytketty mekaanisen kiertoradan momenttiin, joka kiertää suhteessa g opб \u003d | m pallo | / | orb | \u003d | e|/2m e c, ts. magnetomekaaninen suhde g opb on kaksi kertaa vähemmän kuin g JV. Kvanttimekaniikka sallii vain erillisen sarjan m orbien mahdollisista projektioista ulkoisen kentän suuntaan (ns. Kvantisointialue): m Н orb \u003d m l m in ,
missä m l -
magneettinen kvanttiluku ottaen 2 l+ 1 arvot (0, ± 1, ± 2, ..., ± ljossa l-
kiertoradan kvanttiluku). Multielektroniatomeissa orbitaali- ja spin-magneettimolekyylit määritetään kvanttilukuilla L ja S yhteensä kiertoradan ja spin-hetket. Näiden pisteiden lisäys suoritetaan alueellisen kvantisoinnin sääntöjen mukaisesti. Koska elektronin spin ja sen kiertoradalla tapahtuvat magnetomekaaniset suhteet ovat epätasa-arvoisia ( g cp1 g opb) tuloksena oleva atomin kuoren M. m. ei ole yhdensuuntainen tai epäsuuntainen sen syntyvän mekaanisen momentin kanssa J.
Siksi harkitse usein kokonaisen M. m: n termiä vektorin suunnassa Jyhtä suuri kuin jossa g J on elektronikuoren magnetomekaaninen suhde, Jon kokonaiskulmalukumäärä. M. m.proton, jonka spin on yhtä suuri jossa M p - protonimassa, joka on 1836,5 kertaa suurempi m e, m myrkky - ydinmagnetoni, joka on yhtä suuri kuin 1 / 1836,5m. Neutronissa M. olisi kuitenkin pitänyt olla poissa, koska sillä ei ole varausta. Kokemus on kuitenkin osoittanut, että M. m. Protoni m p \u003d 2,7927 m myrkkyä ja neutron m m \u003d -1,91315 m myrkyttä. Tämä johtuu mesonkenttien läsnäolosta nukleonien lähellä, jotka määrittävät niiden ominaisen ydinvuorovaikutuksen (katso ydinvoimat, mesonit) ja vaikuttavat niiden sähkömagneettisiin ominaisuuksiin. Kompleksien atomiytimien kokonaismäärä M. m. Ei ole m-myrkyn tai mp: n ja mn: n monikerta. Siten M. m. Kaliumydin Makroskooppisten kappaleiden magneettisen tilan karakterisoimiseksi lasketaan kaikkien kehon muodostavien mikropartikkelien tuloksena olevan M. m. Keskiarvo. Liittyy ruumiin yksikkötilavuuteen M. m., Jota kutsutaan magnetoitumiseksi. Makrokehojen, etenkin sellaisten kappaleiden tapauksessa, joissa on atomimagneettiset järjestykset (ferro-, ferri- ja antiferromagneetit), keskimääräisen atomisen M. m: n käsite otetaan käyttöön keskimäärin M. m. Atomia kohti (ioni) - kantaja M. m. kehossa. Aineissa, joilla on magneettinen järjestys, nämä keskimääräiset atomimagneettiset massat saadaan jakamalla ferromagneettisten kappaleiden tai magneettisten alahimojen spontaani magnetoituminen ferri- ja antiferromagneeteissa (absoluuttisen nollan lämpötilassa) magneettisen massan atomikantajien lukumäärällä tilavuusyksikössä. Yleensä nämä keskimääräiset atomiset M. m. Eroavat eristettyjen atomien M. m. niiden arvot Bohr-magnetoneissa m osoittautuvat murto-osiksi (esimerkiksi siirtymävaiheissa d-metallit Fe, Co ja Ni, vastaavasti 2,218 m, 1,715 m ja 0,604 m). Tämä ero johtuu d-elektronien (M. kantoaaltojen) liikkumisen muutoksesta. kiteessä verrattuna liikkeeseen eristetyissä atomeissa. Harvinaisten maametallien (lantanidien) sekä muiden kuin metallisten ferro- tai ferrimagneettisten yhdisteiden (esimerkiksi ferriittien) tapauksessa kiteessä olevien vierekkäisten ionien elektronikuoren (M.m.: n tärkeimmät atomikantajat) keskeneräiset d- tai f-kerrokset limittyvät heikosti, joten näiden huomattava kollektivointi kerroksia ei ole (kuten d-metalleissa), ja tällaisten kappaleiden M. m. muuttuu vain vähän verrattuna eristettyihin atomeihin. Kiteiden atomien molekyylimassan suora kokeellinen määritys tuli mahdolliseksi soveltamalla magneettisen neutronidiffraktion menetelmiä, radiospektroskopiaa (NMR, EPR, FMR jne.) Ja Mossbauer-ilmiötä. Paramagnetiikassa voidaan ottaa käyttöön myös keskimääräisen atomisen M. m. Käsite, joka määritetään kokeessa löydetyn Curie-vakion avulla, joka sisältyy lausekkeeseen
Magneettinen hetki rajoitettua liikkuvien varausten (virtojen) jakautumista kutsutaan arvoksi, joka on yhtä suuri kuin
m \u003d ½Σq i r̅ i × v̅ i
(hiukkasen varaus kerrotaan sädevektorilla, tuloksena oleva vektori vektorioidaan hiukkasen nopeudella, ja nämä määrät lasketaan kaikkien hiukkasten kohdalla). Tämä on tärkeä ominaisuus liikkuvien varausten (virtojen) rajoitetulle (miehittää äärellinen tilavuus) jakautumiselle. Suuren etäisyyden päässä tästä jakautumisesta magneettikentän rakenne (kenttäjohtojen tyyppi) on sama kuin dipolin sähkökenttä. Jos hiukkasten varaukset ja massat ovat samat ( m Onko yhden tyyppisten hiukkasten massa) magneettinen momentti verrannollinen vauhtia tarkasteltava hiukkasjärjestelmä:
m \u003d ½ (q / m)Σmr̅ i × v̅ i \u003d (q / 2m) L̅.
Ota akku ja kytke pitkä eristetty johdin napoihinsa. Johtimessa virtaava virta luo magneettikentän. Me rypistämme tämän johtimen ja kiinnitämme akun sen ympärille saadaksesi kompakti pala. Aikooko hän luoda magneettikentän? Tulee. Tällä rajoitetulla virranjaolla todennäköisesti on magneettinen momentti ja luo kentän, jonka rakenne on samanlainen kuin sähköisen dipolin.
Tästä seuraa, että tasaisesti varautuneella ja tasaisesti pyörivällä massapalloilla on magneettinen momentti ja luo magneettikentän. Samasta syystä atomilla on magneettinen momentti, jos siihen saapuvien elektronien kulmamomentti on nolla. Yksinkertaisin esimerkki tällaisesta jakautumisesta on tasokäämi, jolla on virta. jos n - yksikön normaali vektori käämin tasoon nähden, suunnattu siten, että muodostuu oikea ruuvi virran suunnalla, kelan magneettinen momentti on yhtä suuri kuin
m \u003d ISn̅,
jossa S - käännöksen ala.
Magneettinen hetki solenoidi — yhdessäN peräkkäistä käännöstä - on yhtä ilmeinen:
m̅ \u003dInSn,
jossa n Onko yksikkövektori solenoidin akselia pitkin. Rajoitettu virranjakauma koordinaattien alussa magneettisen momentin kanssa m̅ \u003dmI, suunnattu akselia pitkin x, luo pisteitä akseleille x,ymagneettikenttä, joka määritetään kaavoilla: Materiaali sivustolta
B̅ (x, 0, 0) \u003d (μ 0 m / 2π x 3).i,
B̅ (0, y, 0) \u003d-(μ 0 m /4 π y 3).i,
Kaava on totta etäisyyksille, monille suurille jakelukokoille.
Maalla (kuten planeetalla) on magneettinen momentti, koska se luo magneettikentän. Tämä tarkoittaa, että sen suolistossa virtaavat virrat, jotka voidaan arvioida magneettikentän avulla. Kaavoja tarkasteltaessa voidaan heti sanoa, että Maan kentän induktio navalla on noin kaksi kertaa suurempi kuin päiväntasaajalla.
Tällä sivulla materiaalia aiheista:
Magneettinen hetki - fyysinen magnitude kuvaava magnitude lataa järjestelmän ominaisuudet. hiukkaset (tai yksittäiset hiukkaset) ja määritetään yhdessä muiden moninapaisten momenttien kanssa (sähköinen dipolimomentti, kvadrupolimomentti jne.), katso Multipoli) järjestelmän vuorovaikutus ext. e - magn. kentät ja muut vastaavat järjestelmät.
Klassikon näkemysten mukaan. Ja magnesiumia. kenttä luodaan siirtämällä sähköllä. . Vaikka sovr. teoria ei hylkää (ja jopa ennustaa) hiukkasten olemassaoloa suurella. veloittaa ( magneettiset monopolit), sellaisia \u200b\u200bhiukkasia ei ole vielä havaittu kokeellisesti ja niitä ei ole tavallisessa aineessa. Siksi magn. M. M.: lla havaitaan olevan ominaisuuksia. Järjestelmä, jolla on M. m (aksiaalivektori), luo magneetin. kenttä
(on havaintopisteen sädevektori). Samanlainen näkymä on sähköinen. kenttädipoli, joka koostuu kahdesta lähekkäin sijaitsevasta sähköisestä. vastakkaisen merkin maksut. Toisin kuin sähkö. dipolihetki. M. m. Ei luoda pistemagneettisten varausten järjestelmä, vaan sähköinen. järjestelmän sisällä virtaavat virrat. Jos suljettu sähkö. virta virtaa rajoitetussa tilassa V, sitten hänen luomansa M. määrittää f-loy
Yksinkertaisimmassa tapauksessa suljettu pyöreä virta minävirtaa pitkin alueen s tasaista käännöstä, ja vektori M. on suunnattu oikealle oikealle kääntöön nähden.
Jos virta syntyy pisteen sähköjunan liikkumattomasta liikkeestä. varautuu massoilla, joilla on nopeudet, niin syntyvällä M. m: llä, kuten seuraa f-kiteistä (1), on muoto
missä oletetaan olevan mikroskooppinen keskiarvo. aika-arvot. Koska oikealla puolella oleva vektorituote on verrannollinen hiukkasen liikehetken vektoriin 
(oletetaan, että nopeus), sitten Dep: n osuudet. hiukkaset M. m: ssä ja liikkeiden lukumääränä ovat verrannollisia:
Suhteellisuuskerroin e / 2ts nimeltään. ; tämä arvo luonnehtii magn. ja mekaaninen lataa ominaisuuksia. hiukkaset klassisessa electrodynamics. Elementtien varauskuljettajien liikkuminen aineessa (elektronit) kuitenkin noudattaa lakeja