9. Магнитное поле в веществе

Из электростатики известно, что внесение диэлектриков в электростатическое поле свободных зарядов приводит к изменению этого поля, так как диэлектрики поляризуются. Внесение магнетиков в магнитное поле электрических токов также вызывает изменение этого поля, так как магнетики намагничиваются.

Магнетиками называются все тела при рассмотрении их магнитных свойств. Магнетики способны возбуждать или видоизменять магнитные поля.

Для того, чтобы объяснить причину различных свойств магнетиков, их влияние на величину индукции магнитного поля, необходимо исследовать действие магнитного поля на атомы и молекулы вещества.

Магнитные моменты электронов и атомов.

Любое вещество, помещенное в магнитное поле токов, приходит в особое состояние намагниченности. Объяснить это явление можно на основании гипотезы Ампера.: в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Согласно представлениям классической физики электроны в атоме движутся по замкнутым орбитам вокруг положительно заряженного ядра (планетарная модель). Такое движение каждого электрона эквивалентно току, текущему по замкнутому контуру. Поэтому любой атом или молекулу с точки зрения их магнитных свойств можно рассматривать как некоторую совокупность электронных микротоков, которые создают в пространстве магнитные поля. Введем некоторые новые физические величины. Орбитальным магнитным моментом электрона называют магнитный момент электрического тока, вызванного движением электрона по замкнутой орбите. Орбитальный магнитный момент электрона равен: , (4.9.1)

где - площадь, ограниченная орбитой электрона, I – сила тока. Так как сила тока I равна заряду, переносимому в единицу времени, то вращающийся по орбите электрон эквивалентен току силой

I = e · , (4.9.2)

где  - частота вращения электрона по орбите, – абсолютная величина заряда электрона.

Частота где - скорость электрона, r – радиус орбиты. Тогда сила тока:

. (4.9.3)

Магнитный момент электрона:

. (4.9.4)

Формула справедлива для любого электрона, находящегося в атоме. Магнитный момент – векторная величина, направленная вдоль оси витка с током в ту же сторону, что и индукция его магнитного поля. Направление магнитного момента определяется правилом правого винта. Из конца вектора ток в витке виден идущим против часовой стрелки (рис.22.1). Вектором орбитального магнитного момента молекулы или атома называется векторная сумма орбитальных магнитных моментов всех электронов.

, (4.9.5)

где z – общее число электронов, равное порядковому номеру элемента в периодической системе Д.И.Менделеева. Движущийся по орбите электрон обладает также механическим

I

e

Рис.22.1

моментом импульса , модуль которого:

, (4.9.6)

где = 2 ; r – скорость, S = r² – площадь. Итак,

L_e = 2mS. (4.9.7)

Направление вектора определяется также правилом правого винта. Вектор называют орбитальным механическим моментом электрона. Отношение называют гиромагнитным отношением. Оно равно:

, (4.9.8)

где знак минус указывает на то, что векторы и направлены в противоположные стороны. Для различных орбит в атом скорость и радиус орбиты r различны, следовательно, также различны и , но гидромагнитное отношение, определяемое универсальными постоянными, одинаково для любой орбиты.