Având în vedere efectul câmpului magnetic asupra conductorilor la curent în taxele în mișcare, nu suntem interesați în procesele care au loc în substanța. Proprietăți luate în considerare în mod oficial mediu prin magnetic permeabilitate m. Pentru a înțelege proprietățile magnetice și influența acestora asupra densității fluxului magnetic, este necesar să se ia în considerare efectul câmpului magnetic asupra atomilor si moleculelor materiei.
Experiența arată că toate substanțele sunt plasate într-un câmp magnetic magnetizat. Considerăm că motivul pentru care acest fenomen în ceea ce privește structura de atomi și molecule, bazându-ipoteza Ampere (a se vedea. § 109), potrivit căruia corpul există curenți microscopice cauzate de mișcarea electronilor în atomi și molecule.
Pentru o explicație calitativă a fenomenelor magnetice cu aproximație suficientă, se poate presupune că electronul se mișcă în orbite circulare atom. Un electron se deplasează de-a lungul unuia dintre orbitele curentului circular echivalent, deci are un moment magnetic orbital (vezi. (109.2)) pm = ISN, modulul care
unde I = ev- intensitatea curentului, v - viteza orbitei de electroni, S - zona orbitei. Dacă se mișcă de electroni în sensul acelor de ceasornic (fig. 187), atunci curentul este invers acelor de ceasornic și Pm vectorul. (Conform regulii șurubului dreapta) este îndreptată perpendicular pe planul orbitei de electroni așa cum se arată în Fig.
Pe de altă parte, orbitatoare de electroni LE are un moment mecanic de impuls, care, în conformitate cu modulul (19.1)
unde v = 2pvr, pr = 2 S.Vektor Le (direcția este determinată și de regula șurubului dreptaci) numit moment unghiular orbital al unui electron.
Fig. 187 Rezultă că direcțiile pm și sunt opuse Lc, astfel încât, având în vedere expresia (131.1) și (131,2), obținem
numit raportul giromagnetic al unghiular orbital momentelor (obiceiul de a scrie cu semnul „-“ indică faptul că momentele în direcții opuse). Acest raport este determinat de constanta universală este aceeași pentru orice orbită, deși pentru diferite valori ale v și orbite rrazlichny. Formula (131.4) derivată pentru orbita circulară, dar este, de asemenea, valabil pentru orbite eliptice.
Determinarea experimentală a raportului giromagnetic a avut loc la experimentele lui Einstein și de Haas * (1915), care a observat rotate suspendate liber pe extrafin cuarț tijă fier filament când este magnetizat într-un câmp magnetic extern (în solenoidul înfășurarea unui curent alternativ cu o frecvență egală cu frecvența oscilațiilor torsionale ale tijei) . In studiul oscilațiilor torsionale forțate ale tijei a fost determinată de raportul giromagnetic, care sa dovedit a fi - (e / m) mod .Such Purtătorii semn care determină curenții moleculari coincid cu semnul sarcinii electronului, iar raportul giromagnetic a fost de două ori mai mare decât valoarea g introdusă anterior (a se vedea alin. (131,4)). Pentru a explica acest rezultat, care a avut o mare importanță pentru dezvoltarea în continuare a fizicii, a fost propus, iar mai târziu a demonstrat, că, în plus față de momentele orbitale (a se vedea. (131,1) și (131,2)) are propriul electroni mecanic moment unghiular Les. numit de spin. Se credea că, datorită spinul electronilor rotației în jurul axei sale, ceea ce a condus la o serie de contradicții. Acesta este acum stabilit că spinul unui electron este o proprietate inerentă de încărcare ca și masa sa. Les electronică de spin corespunde proprii (de spin) RMS moment magnetic. Les proporțională și îndreptate în direcția opusă:
Gs valoare se numește un raport giromagnetic a momentelor de spin.
Proiecția moment magnetic intrinsec în direcția vectorului B poate primi doar una dintre următoarele două valori:
unde h = h / (2p) (h - constanta lui Planck), mB Bohr magneton, care este unitatea de momentul magnetic al electronului.
În general, momentul magnetic al sumei de electroni de orbitale și de spin momentelor magnetice. Momentul magnetic al atomului, prin urmare, suma momentelor magnetice ale sale constitutiv (cauzate de momentele magnetice de protoni din nucleu de intrare și neutroni) electroni și momentul magnetic al nucleului. Cu toate acestea, momentele magnetice ale nucleelor de o mie de ori mai mici decât momentele magnetice ale electronilor, astfel încât acestea sunt neglijate. Astfel, momentul magnetic total al atomului (molecula) RA egală cu suma vectorială a momentelor magnetice de spin (și orbitală) în afara atomului (molecule) electroni:
Încă o dată atrag atenția asupra faptului că, atunci când se analizează momentele magnetice ale electronilor si atomilor, am folosit teoria clasică, nu ținând cont de restricțiile impuse mișcarea electronilor prin legile mecanicii cuantice. Cu toate acestea, acest lucru este contrar rezultatelor obținute, deoarece pentru o explicație suplimentară a magnetizării substanțial numai substanțele care au momentele magnetice ale atomilor.
DIA și paramagnetism
Fiecare substanță este un magnet, t. E. Acesta poate dobândi un moment magnetic datorită câmpului magnetic (magnetizată). Pentru a înțelege mecanismul acestui fenomen, este necesar să se ia în considerare efectul câmpului magnetic asupra electronilor se deplasează în atom.
Din motive de simplificare, presupunem că un electron din atom se mișcă pe o orbită circulară. Dacă orbita electronilor este orientată în raport cu un vector arbitrar în timp, formând o (fig. 188), un unghi cu ea, se poate dovedi că este vorba într-o mișcare în jurul V la care magnetic vector ZM moment. menținerea unui unghi constant a, se rotește în jurul vectorului V cu o anumită viteză unghiulară. O astfel de mișcare în mecanică se numește precesie. Precess în jurul unei axe verticale care trece prin punctul de sprijin, face, de exemplu, o unitate de top în timpul decelerării.
Astfel, electronul orbital al unui atom de un camp magnetic extern efectua o mișcare precesională, care este echivalent cu un curent circular. Deoarece microcurrent este indusă de un câmp magnetic exterior, în conformitate cu regula lui Lenz, există componenta atom al câmpului magnetic direcționat opus câmpului extern. sunt adăugate câmpuri magnetice induși constituind atomi (molecule) și formează o substanță de sine câmp magnetic care slăbește câmpul magnetic extern. Acest efect este numit efectul diamagnetic, o substanță magnetizate într-un câmp magnetic exterior este opusă direcției câmpului, numit diamagnetice.
În absența unui câmp magnetic exterior, un nemagnetic diamagnetic, ca în acest caz, momentele magnetice ale electronilor se compensează reciproc, iar momentul magnetic total al atomului (este egală cu suma vectorială a momentelor magnetice (de spin și orbitală) care constituie atom de electroni) este zero. Pentru mai multe metale sunt diamagnetic (de exemplu, Bi, Ag, Au, Cu), cei mai mulți compuși organici, rășini, carbon, și t. D.
Deoarece efectul este datorat efectului diamagnetic al câmpului magnetic extern electronii atomilor substanței, caracteristica diamagnetism tuturor substanțelor. Cu toate acestea, există substanțe paramagnetice și diamagnetice, împreună cu - substanța magnetizate într-un câmp magnetic exterior, în direcția câmpului.
În substanțele paramagnetice, în absența unui câmp magnetic extern, momentele magnetice ale electronilor nu se anulează reciproc, iar atomii (moleculele) paramagnetice au întotdeauna un moment magnetic. Cu toate acestea, din cauza mișcării termice a moleculelor, momentele magnetice sunt orientate aleatoriu, proprietăți magnetice substanță astfel încât paramagnetic nu posedă. Atunci când se face substanța paramagnetic într-un câmp magnetic extern stabilește orientarea preferențială a momentelor magnetice ale atomilor de pe câmp (orientare împiedică mișcarea termică completă de atomi). Astfel, paramagnetic este magnetizat pentru a crea propriul câmp magnetic, care coincide cu direcția câmpului extern și amplifică. Acest efect se numește paramagnetic. Odată cu slăbirea câmpului magnetic exterior la zero orientarea momentelor magnetice datorită mișcării termice și perturbat este paramagnetic demagnetized. Prin substanță paramagnetic sunt elemente de pământuri rare, Pt, A1, și așa mai departe. D. Efectul diamagnetice se observă în materialele paramagnetice, dar este mult mai slabă decât de spin și, prin urmare, rămâne invizibil.
Dintr-o examinare a fenomenului paramagnetism implică faptul că explicația coincide cu explicația orientare (dipol) polarizarea dielectricilor cu molecule polare (vezi. § 87), numai în momentul electric al atomilor în cazul polarizării trebuie înlocuit cu un moment magnetic de atomi în cazul magnetizării.
Rezumând considerare ADN- calitativă și paramagnetism, din nou, observăm că toți atomii sunt substanțe native proprietăți diamagnetice. Dacă momentul magnetic al atomilor este mare, proprietățile paramagnetice predomină asupra diamagnetic și substanța este paramagnetic; Dacă momentul magnetic al atomilor este mic, proprietățile diamagnetice predomină, iar materialul este diamagnetic.