Магнітний момент
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Магнітний момент

Магнітний момент , основна величина, що характеризує магнітні властивості речовини. Джерелом магнетизму, згідно класичної теорії електромагнітних явищ, є електричні макро- і мікроструми. Елементарним джерелом магнетизму вважають замкнутий струм. З досвіду і класичної теорії електромагнітного поля виходить, що магнітні дії замкнутого струму (контура із струмом) визначені, якщо відомий твір ( М-код ) сили струму i на площу контура s ( М-код = i s /c   в СГС системі одиниць, з швидкість світла). Вектор М-коду і є, за визначенням, М. м. Його можна записати і в іншій формі: М-код = m l , де m — еквівалентний магнітний заряд контура, а l — відстань між «зарядами» протилежних знаків (+ і - ).

загрузка...

  М. м. володіють елементарні частки, атомні ядра, електронні оболонки атомів і молекул. М. м. елементарних часток (електронів, протонів, нейтронів і інших), як показала квантова механіка, обумовлений існуванням у них власного механічного моменту — спина . М. м. ядер складаються з власних (спинах) М. м. створюючих ці ядра протонів і нейтронів, а також М. м., пов'язаних з їх орбітальним рухом усередині ядра. М. м. електронних оболонок атомів і молекул складаються з М. спинів і орбітальних м. електронів. Магнітний момент спину електрона m сп може мати дві рівні і протилежно направлені проекції на напрям зовнішнього магнітного поля Н. Абсолютна величина проекції

де m в = (9,274096 ±0,000065)·10 -21 ерг/гс — Бору магнетон,, де h Планка постійна, е і m e — заряд і маса електрона, з   — швидкість світла; S H проекція механічного моменту спину на напрям поля H . Абсолютна величина М. спину м.

де s = 1 / 2 — спин квантове число . Відношення М. спину м. до механічного моменту (спину)

,

оскільки спин

.

  Дослідження атомних спектрів показали, що m Н сп фактично рівно не m в , а m в (1 + 0,0116). Це обумовлено дією на електрон так званих нульових коливань електромагнітного поля (див. Квантова електродинаміка, Радіаційні поправки ) .

  Орбітальний М. м. електрона m орб пов'язаний з механічним орбітальним моментом орб співвідношенням g opб = |m орб | / |

де g J — магнітомеханічне відношення електронної оболонки, J — повне кутове квантове число.

  М. м. протона, спин якого рівний

повинен був би по аналогії з електроном дорівнювати

,

де M p — маса протона, яка в 1836,5 разів більше m e , m отрута — ядерний магнетон, рівний 1/1836,5m в . В нейтрона ж М. м. мав би бути відсутнім, оскільки він позбавлений заряду. Проте досвід показав, що М. м. протона m p = 2,7927m отрута , а нейтрона m n = —1,91315m отрута . Це обумовлено наявністю мезонних полів біля нуклонів, що визначають їх специфічні ядерні взаємодії (див. Ядерні сили, Мезони ) і що впливають на їх електромагнітні властивості. Сумарні М. м. складних атомних ядер не є кратними m отрута або m p і m n . Таким чином, М. м. ядра калія  рівний —1,29 m отрута . Причиною цієї неаддитивності є вплив ядерних сил, що діють між створюючими ядро нуклонами. М. м. атома в цілому дорівнює векторній сумі М. м. електронної оболонки і атомного ядра.

  Для характеристики магнітного стану макроскопічних тіл обчислюється середнє значення результуючого М. м. всіх створюючих тіло мікрочасток. Віднесений до одиниці об'єму тіла М. м. називається намагніченістю. Для макротіл, особливо в разі тіл з атомним магнітним впорядкуванням (ферро-, феррі- і антиферомагнетики), вводять поняття середніх атомних М. м. як середнього значення М. м., що доводиться на один атом (іон), — носій М. м. в телі. У речовинах з магнітним порядком ці середні атомні М. м. виходять як приватне від ділення мимовільної намагніченості феромагнітних тіл або магнітних підграток у феррі- і антиферомагнетиках (при абсолютному нулі температури) на число атомів — носіїв М. м. в одиниці об'єму. Зазвичай ці середні атомні М. м. відрізняються від М. м. ізольованих атомів; їх значення в магнетонах Бору m в виявляються дробами (наприклад, в перехідних d-металах Fe, З і Ni відповідно 2,218 m в , 1,715 m в і 0,604 m в ) Ця відмінність обумовлена зміною руху d-електронів (носіїв М. м.) в кристалі в порівнянні з рухом в ізольованих атомах. В разі рідкоземельних металів (лантанідів), а також неметалічних ферро- або феррімагнітних з'єднань (наприклад, ферити) недобудовані d- або f-шарі електронної оболонки (основні атомні носії М. м.) сусідніх іонів в кристалі перекриваються слабо, тому помітній колективізації цих шарів (як в d-металах) немає і М. м. таких тіл змінюється мало в порівнянні з ізольованими атомами. Безпосереднє дослідне визначення М. м. на атомах в кристалі стало можливим в результаті вживання методів магнітної нейтронографії, радіоспектроскопії (ЯМР, ЕПР, ФМР і т.п.) і Мессбауера ефекту. Для парамагнетиків також можна ввести поняття середнього атомного М. м., який визначається через знайдену на досвіді постійну Кюрі, таку, що входить у вираження для Кюрі закону або Кюрі — Вейс закону (див. Парамагнетизм ).

 

  Літ.: Тамм І. Е., Основи теорії електрики, 8 видавництво, М., 1966; Ландау Л. Д. і Ліфшиц Е. М., Електродинаміка суцільних середовищ, М., 1959; Дорфман Я. Р., Магнітні властивості і будова речовини, М., 1955; Вонсовський С. Ст, Магнетизм мікрочасток, М., 1973.

  С. Ст Вонсовський.