Магнитные моменты электронов и атомов

Некоторые вещества, помещенные в магнитное поле, становятся носителями магнитного поля, т.е. являются магнетиками. Для объяснения этого эффекта можно воспользоваться гипотезой Ампера.

В любом веществе существуют микротоки, обусловленные движением электронов в молекулах. Их еще называют молекулярными токами.

Приближенно можно считать, что электрон в атоме движется по круговой орбите (рис. 5.1). Тогда движущийся электрон эквивалентен круговому току, поэтому он обладает орбитальным магнитным моментом:

p_m =iSn,(5.1)

где i–сила тока, Sn- площадь орбиты, p_m –орбитальный магнитныймомент..

С другой стороны, движущийся по круговой орбите электрон обладает орбитальным механическим моментом ,

гдеI – момент инерции электрона, ω – угловая скорость: I = mr²; ω = 2πν; S = πr².

L = mr^2. 2πν = 2mνS , (5.2)

где ν – частота вращения электрона.

Если, p_m = iS; i = eν (i= q/t, t=T=1/ν, q=e), то

p_m = e νS. (5.3)

Из формулы (5.2): . Эту формулу подставляем в (5.3):

,

где – гиромагнитное отношение орбитальных моментов, которое является универсальной постоянной.

Однако эксперимент дает значение гиромагнитного отношения другим, равным т.е. в 2 раза большим, чем введенная ранее величина g.

Впоследствии было доказано, что кроме p_m и L электрон обладает собственным механическим моментом импульса L_S – спином.

Спин является неотъемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе. Спину электрона соответствует собственный (спиновый) магнитный момент:

Величина g_S – гиромагнитное отношение спиновых моментов.

Таким образом, магнитный момент электрона равен сумме орбитального магнитного момента p_m и спинового магнитного момента p_mS:

Магнитный момент атома складывается из магнитных моментов, входящих в его состав электронов и магнитного момента ядра. Однако магнитные моменты ядер в тысячи раз меньше магнитных моментов электронов, поэтому ими пренебрегают (масса ядра >> массы электронов). Следовательно, магнитный момент атома (молекулы):