2.7. Магнитные моменты электронов и атомов. Намагниченность вещества

Электрон, движущийся по орбите, имеет орбитальный момент импульса , который противоположен по направлению вектору орбитального магнитного момента электрона (рис. 2.13) и связан с ним соотношением:

.

Коэффициент пропорциональности g называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов и равен

,

где е, m – заряд и масса электрона.

Спину электрона (собственному моменту импульса электрона) соответствует спиновой магнитный момент электрона , пропорциональный спину и направленный в противоположную сторону:

.

Величина g_s называется гиромагнитным отношением спиновых моментов и равна

.

Орбитальные и спиновые магнитные моменты электронов образуют магнитный момент атома.

Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность (вектор намагниченности) .

Намагниченность вещества равна отношению магнитного момента макроскопически малого объёма вещества к величине V этого объёма (т.е. магнитному моменту единицы объема вещества).

,

где  сумма магнитных моментов атомов, находящихся в объеме V.

Для однородных и изотропных магнетиков намагниченность пропорциональна индукции внешнего магнитного поля в данной точке:

,

где   магнитная восприимчивость вещества (безразмерная величина), характеризующая способность вещества намагничиваться.

2.8. Магнитное поле в веществе. Циркуляция магнитного поля (закон полного тока) в веществе

При рассмотрении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки. Макротоками называются токи проводимости и конвекционные токи. Микротоками (молекулярными токами) называются токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах.

Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками, и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками (магнитными моментами атомов и молекул).

,

где  индукция магнитного поля макротоков,  индукция магнитного поля микротоков. Соответственно теорема о циркуляции магнитного поля в веществе может быть записана в следующем виде

,

где  соответственно алгебраические суммы макро- и микротоков, охватываемых контуром интегрирования.

Алгебраическая сумма сил микротоков связана с циркуляцией намагниченности.

.

Используя это выражение, циркуляцию магнитного поля в веществе можно записать в виде

; ,

где  напряжённость магнитного поля.

Теорема о циркуляции для магнитного поля в веществе (закон полного тока)

Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля по произвольному контуру равна алгебраической сумме макротоков (токов проводимости) сквозь поверхность, натянутую на этот контур.

В случае изотропной среды намагниченность пропорциональна индукции магнитного поля . Поэтому связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля имеет вид

,

где   относительная магнитная проницаемость вещества, связанная с его магнитной восприимчивостью и показывающая, во сколько раз магнитное поле в веществе больше, чем в отсутствие вещества:

, ,

где В  индукция поля в веществе, В_о  индукция поля в отсутствие вещества.