Атом в магнитном поле
При движении электрона вокруг ядра по орбите радиуса r на него действует центростремительная сила
.
Если атом внести во внешнее магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен плоскости орбиты электрона, то на электрон начнет действовать сила Лоренца
,
где w - круговая частота обращения электрона в магнитном поле.
Уравнение движения электрона в магнитном поле запишем в виде
mw2r = Fцс ± Fл
или
mw2r = ± ,
где знаки «±» выбираются в соответствии с относительной ориентацией векторов и .
После преобразования последнего выражения получим
mr(w - wo) (w + wo) = 2mrDw×w = ± qewrB,
где Dw =½w-wo ½<< w; 2w @ w+wo.
Из последнего выражения найдем, что
wL = Dw = ±
или в векторном виде
. (7)
Таким образом, в магнитном поле электрон получает дополнительную угловую скорость вращения, которую называют частотой Лармора.
Причем векторы L и cовпадают по направлению (рис.4.12).
Рис. 2 |
Частоту Лармора приобретают все электроны атома, так как она не зависит от радиуса орбиты и скорости движения электрона.
Скорость электрона при внесении атома в магнитное поле изменяется, поэтому изменяется и его кинетическая энергия Wk.
Но так как радиус вращения остается неизменным, то потенциальная энергия электрона не изменяется.
За счет чего же изменяется энергия электрона в атоме, если магнитное поле действует перпендикулярно скорости и не производит работы?
Частота Лармора возникает в момент включения магнитного поля.
Следовательно, переменное магнитное поле возбуждает переменное электрическое поле, которое и сообщает электрону дополнительное вращение с частотой Лармора.
Таким образом, возникновение ларморовского вращения вызвано проявлением электромагнитной индукции.
Это явление наблюдается во всех без исключения веществах при внесении их в магнитное поле. Векторы и начинают прецессировать вокруг направления с частотой Лармора (вектор описывает коническую поверхность, рис. 2.).
Теорема Лармора: Единственным результатом влияния магнитного поля на орбиту электрона в атоме является прецессия орбиты и вектора с угловой скоростью L вокруг оси, проходящей через ядро атома и параллельно вектору индукции внешнего магнитного поля.
Рис. 3 |
В результате прецессии наводится дополнительный орбитальный магнитный момент электрона, модуль которого
Dрm = DI×S^ = , (8)
где DI = qeDn, wL = 2pDn; S^ - площадь проекции орбиты электрона на плоскость, перпендикулярную (рис. 3).
Так как вектор D противоположен по направлению вектору , то
D = . (9)
Если атом содержит Z электронов, то наведенный магнитный момент
D = , (10)
где < S^ > - cреднее значение площади S^ для орбит всех электронов атома.
При суммировании орбитальных и спиновых магнитных моментов атомов может произойти их полная компенсация.
Тогда результирующий магнитный момент атома равен нулю.
Если такой компенсации не происходит, то атом имеет постоянный магнитный момент. Вещества, у которых атомы в отсутствие внешнего магнитного поля имеют постоянный магнитный момент, не равный нулю, могут быть парамагнетиками, ферромагнетиками, антиферромагнетиками или ферримагнетиками.
Дата добавления: 2016-02-09; просмотров: 3100;