Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Общая физика
Посмотреть оригинал

Атомный магнетизм

В полуклассической теории Бора (см. подраздел 7.7) атом представлялся состоящим из ядра и движущихся вокруг него по замкнутым орбитам электронов. Такое движение электрона можно охарактеризовать орбитальным моментом импульса (или орбитальным механическим моментом) Li. С вращением вокруг собственной оси раньше пытались связать также и собственный момент импульса электрона, называемый спином, или спиновый механический момент Ls. Орбитальное и спиновое состояние электронов эквивалентно круговым токам. С точки зрения классической электродинамики эти движущиеся заряды (токи) создают магнитные дипольные моменты — орбитальный и спиновый.

Эти наглядные полуклассические представления оказались достаточно грубыми и непригодными для описания ряда особенностей магнитных свойств вещества. Позже они были заменены описанием состояния электронов по законам квантовой механики. В квантовомеханических представлениях отсутствует понятие траектории, но термин «орбитальное движение» сохранился, он носит здесь условный характер, уступая другому, более адекватному — состояние. Сохранился и термин «спин электрона», но квантовая механика не рассматривает спин электрона как его вращение вокруг собственной оси.

По современным представлениям, магнитные свойства вещества обусловлены тремя свойствами электрона или наличием у него: 1) спина; 2) орбитального движения (состояния); 3) способности изменения орбитального состояния при наложении внешнего магнитного поля. Первые два обстоятельства позволяют объяснить парамагнетизм, третье — диамагнетизм.

Магнитными моментами ядер по сравнению с орбитальными и спиновыми магнитными моментами электронов при этом можно пренебречь в силу их сравнительной малости, поэтому они не включены в рассмотрение главных магнитных свойств (пока не рассматривается слабый ядерный магнетизм).

Воспользуемся полуклассической боровской теорией строения атома (как простейшей моделью, позволяющей понять физическую сущность явления — магнетизма вещества) и введем так называемое гиромагнитное отношение, т.е. отношение магнитного момента р/ электрона к его моменту импульса Z/[1] (рис. 6.22).

Вспомним, что момент импульса L материальной точки (электрона, в рассматриваемом случае) относительно полюса (ядра) определяется векторным произведением L = [rp], где г — радиус-вектор, проведенный от ядра к электрону (в нашем рассмотрении равный по модулю радиусу первой боровской орбиты), р — импульс электрона (p = mv). Так как при движении по круговой орбите и 1 г, то L=  = mvr. Направление вектора Ц определяется правилом векторного произведения (или правилом правого винта). Круговой ток, обусловленный движением электрона по орбите, будем характеризовать орбитальным магнитным моментом р/ (ранее в электродинамике макротоков магнитный момент кругового тока обозначался нами как рт, здесь использовано обозначение магнитного момента, принятое в атомной и ядерной физике), направление которого также определяется правилом правого винта (рис. 6.22). По модулю орбитальный магнитный момент электрона

Гиромагнитное отношение для орбитального движения электрона

Рис. 6.22. Гиромагнитное отношение для орбитального движения электрона

где е — заряд электрона; Т — период обращения электрона по орбите.

Тогда гиромагнитное отношение (его абсолютная величина)

Сокращая на г и учитывая, что и = 2пг/Т, получим

Соотношение (6.74) для дальнейшего общего рассмотрения может быть переписано в виде

1 е

где g — величина гиромагнитного отношения, выраженная в единицах--.

2 т

Основываясь на этом, можно сказать, что «для орбитального движения электрона в атоме гиромагнитное отношение равно единице».

Экспериментами Эйнштейна и де Хааза в 1915 г. установлено, что для спина электрона гиромагнитное отношение вдвое больше, т.е. g = 2 и, следовательно,

Эта аномалия спинового гиромагнитного отношения является источником интереснейших и важнейших явлений, используемых, в частности, во многих физических методах исследования вещества.

Таким образом, можно считать, что магнетизм вещества обусловлен микротоками, циркулирующими в масштабах атомов и молекул. Во всех случаях они создают магнитные дипольные моменты, которые и рассматриваются при анализе магнитных свойств вещества. Какие явления при этом происходят с макроскопическими количествами вещества, является предметом наших последующих рассмотрений.

  • [1] Здесь и далее магнитные моменты микрообъектов (электроны, атомы, молекулы и др.)будем обозначать символом и с соответствующим индексом принадлежности к состоянию (,ц/ — орбитальный магнитный момент, р, — спиновый и др.).
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы