Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Магнитные моменты электрона – орбитальный и спиновой. Орбитальное магнитомеханическое отношение для электрона.





Магнитное поле ядра значительно меньше магнитного поля электронов, поэтому при рассмотрении многих вопросов его можно не учитывать. Будем рассматривать движение электрона в атоме как равномерное вращение вокруг ядра с некоторой скоростью v., что можно уподобить круговому току и применить к нему используемые в этом случае характеристики.

Магнитный момент контура с током.Пусть по контуру с площадью течет ток I. Величина Pm = I • S называется магнитным моментом контура с током. Магнитный момент контура с током — это вектор, который направлен перпендикулярно плоскости контура и связан с направлением тока правилом правого буравчика (рис 33.1).

Индукция контура с током прямо пропорциональна величине магнитного момента контура. Единицей магнитного момента является ампер на квадратный метр (А×м2) в “СИ”.

Магнитный момент является характеристикой не только контура с током, но и многих элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.), ядер, атомов и молекул, определяя их поведение в магнитном поле.

Магнетон - единица магнитного момента, применяемая в атомной и ядерной физике. При измерении магнитных моментов электронов, атомов и молекул пользуются магнетоном Бора:

9,27× 10-24 А×м2 (Дж/Тл),

где “е” - заряд электрона, h - постоянная Планка, me - масса электрона.

При измерении магнитных моментов нуклонов (протонов и нейтронов) и атомных ядер пользуются ядерным магнетоном:

5,05× 10-27 А×м2 (Дж/Тл),

Орбитальный магнитный момент электрона. Используя аналогию с контуром, вычислим магнитный момент, соответствующий орбитальному движению электрона (рорбm). Сила тока, соответствующая вращению электрона по круговой орбите, определяется формулой I = е/Т, где е — заряд электрона, Т - период его обращения. Так как период Т = 2πr/v (r — радиус орбиты, v — скорость электрона), то сила тока равна I = ev/2πr . Площадь контура — это площадь круга S = πr2 .Теперь можно рассчитать орбитальный магнитный момент электрона:



рорбm =IS = (ev/2πr)/ πr2= evr/2.

Орбитальный момент импульса электрона. В физических экспериментах обычно измеряют не сам орбитальный магнитный момент, а его отношение к другой характеристике орбитального движения — моменту импульса. Моментом импульса материальной точки относительно оси называют величину, равную произведению импульса точки на расстояние ее до оси вращения. В соответствии с этим момент импульса электрона, вращающегося по круговой орбите, выражается следующей формулой: Lорб = mvr, где m - масса электрона.

Направления векторов Lop6 и рорбm показаны на рис. 33.2.

Поскольку электрон — отрицательная частица, то его вращению по часовой стрелке соответствует «ток», текущий против часовой стрелки.

Орбитальное магнитомеханическое отношение для электрона.Можно вычислить упомянутое выше отношение магнитного момента к моменту импульса для орбитального движения электрона. Это отношение называют магнитомеханическим отношением Gop6 :

Gop6 = рорбm / Lop6 = е/2m.

Мы видим, что это отношение является постоянной величиной, то есть магнитный момент и момент импульса жестко связаны друг с другом.

Спин. Спиновый магнитный момент электрона. Обнаружилось, что электрон, помимо орбитального момента импульса, обладает и собственным моментом импульса, который называется спином. Первоначально это связывали с вращением электрона вокруг собственной оси (отсюда и название спин — волчок). Позже выяснилось, что эта наглядная аналогия является очень грубой. Поэтому физики от нее отказались и считают спин неотъемлемой характеристикой элементарных частиц, присущей их природе. Спин обозначают Lcn (формулу для расчета спина мы не рассматриваем). Со спином электрона (и других частиц) связан еще один магнитный момент, который называется спиновым магнитным моментом (рcn). Таким образом, полный магнитный момент электрона складывается из двух частей: орбитальной (р op6) и спиновой (рcn). Для электрона отношение собственного магнитного момента к собственному моменту импульса (спину) вдвое больше, чем для орбитального движения:

Gcn = P cn/Lcn = e/m.

Это отношение называют спиновым магнитомеханическим отношением.

Множитель Ланде (gr-фактор).Формулы можно записать в обобщенном виде:P/L= g(e/2m). Коэффициент g называют множителем Ланде. Для орбитального движения электрона он равен 1 (goрб = 1), для спина электрона он равен 2 (gcn = 2). Специальные физические эксперименты позволяют определять магнитомеханические отношения для конкретных веществ и на основании этого делать выводы о роли орбитальных или спиновых магнитных моментов в процессах намагничивания.

Магнитные моменты атомов и молекул обусловлены пространственным движением электронов (так называемые орбитальные токи и соответствующие им орбитальные магнитные моменты электронов), силовыми магнитными моментами электронов, соответствующими их собственным моментам импульса, вращательным движением молекул (вращательный магнитный момент), а также магнитными моментами атомных ядер. Магнитный момент ядра обусловлен спиновыми моментами протона и нейтрона, а также орбитальным моментом движения протона внутри ядра. Магнитным моментом обладают все ядра, у которых результирующий механический момент отличен от нуля. Магнитные моменты ядер на несколько порядков меньше орбитального и спинового магнитного моментов электрона.

 





Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015- 2021 megalektsii.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.