- •Магнітне поле
- •Магнітна індукція
- •Сила Лоренца
- •Закон Ампера
- •Закон Біо – Савара – Лапласа
- •Приклади найпростіших магнітних полів провідників із струмом
- •Закон повного струму для магнітного поля у вакуумі
- •Рух заряджених частинок у постійному магнітному полі
- •Теорема Остроградського – Гаусса для магнітного поля у вакуумі
- •Робота переміщення провідника зі струмом у постійному магнітному полі
- •Магнітне поле у речовині. Магнітні моменти атомів
- •Атом у магнітному полі
- •Діамагнетики і парамагнетики в магнітному полі
- •Закон повного струму для магнітного поля в середовищі
- •Феромагнетики
- •Електромагнітна індукція
- •Явище самоіндукції
- •Енергія магнітного поля у неферомагнітному ізотропному середовищі
- •Основи теорії Максвелла
- •Рівняння Максвелла в диференціальній формі
Магнітне поле у речовині. Магнітні моменти атомів
Згідно з уявленнями класичної
фізики електрони в атомі рухаються
вздовж замкнених траєкторій – орбіт,
утворюючи систему замкнених орбітальних
струмів. Якщо електрон рухається зі
швидкістю
по коловій орбіті радіуса
(рис. 5.18), то сила орбітального струму
, (5.58)
де
− елементарний заряд,
− період обертання електрона по орбіті.
Напрям орбітального струму показано
на рис. 5.18 стрілкою.Орбітальному
струму відповідає магнітний момент
.
Його називаютьорбітальним
магнітним моментом електрона.
Згідно з формулою (5.12)
,
де
− площа орбіти.
Вектор
перпендикулярний площині орбіти
електрона, а його модуль
. (5.59)
Момент імпульсу
електрона, що рухається по орбіті,
відносно її центраО
називається орбітальним
моментом імпульсу електрона:
, (5.60)
де
− маса електрона,
− його радіус-вектор, проведений з
центраО
орбіти. Вектор
протилежний за напрямом вектору
:
, (5.61)
де
−гіромагнітне
(магнітомеханічне) відношення орбітальних
моментів електрона.
Орбітальним моментом
атома називають
вектор
,
який дорівнює геометричній сумі
орбітальних магнітних моментів усіх
електронів атома:
, (5.62)
де Z – кількість електронів в атомі, що дорівнює порядковому номеру елемента в таблиці Менделєєва.
Орбітальний момент імпульсу
атома
дорівнює геометричній сумі орбітальних
моментів усіх електронів цього атома:
, (5.63)
де
− орбітальний момент імпульсу i-го
електрона.
З (5.61) – (5.63) випливає, що
, (5.64)
Атом у магнітному полі
При внесенні атома в магнітне поле на електрон, що рухається по орбіті і створює замкнений орбітальний струм, діє обертальний момент (5.14):
, (5.65)
Згідно з (5.61) обертальний момент (5.65) можна записати у формі:
. (5.65а)
З основного закону динаміки
обертального руху
випливає:
. (5.66)
і відповідно
. (5.67)
Вектор
збігається за напрямом з вектором
.
Швидкість довільної точки тіла, що обертається навколо нерухомої точки О, дорівнює:
.
Зіставляючи це рівняння і
рівняння (5.66) та (5.67), можна зробити
висновок, що під впливом зовнішнього
магнітного поля вектори
і
орбітальних моментів електрона в атомі
обертаються з кутовою швидкістю
. (5.68)
При цьому вектори
і
описують співвісні колові конічні
поверхні зі спільною вершиною в центріО
орбіти і віссю,
паралельною вектору
(рис. 5.19а).
Такий рух векторів
і
,
а також орбіти електрона, що їм відповідає,
називаютьпрецесією
Лармора. З формули
(5.68) випливає, що кутова
швидкість прецесії Лармора
залежить тільки від магнітної індукції
поля і збігається з нею за напрямом.
Отже, ми довели теорему Лармора (1895):
Єдиним результатом впливу
магнітного поля на орбіту електрона в
атомі є прецесія орбіти і вектора
з кутовою швидкістю
навколо осі, що проходить через ядро
атома і паралельна вектору
індукції магнітного поля.
Внаслідок прецесії Лармора виникає додатковий орбітальний струм
, (5.69)
напрям якого показано на рис.
5.19 б.
Цьому струму відповідає наведений
орбітальний магнітний момент електрона
,
модуль якого
, (5.70)
де
− площа проекції орбіти електрона, яка
прецесує, на площину, перпендикулярну
до вектора
.
З рисунку 5.19 б
видно, що вектор
протилежний вектору
за напрямом.. Тому
. (5.71)
Загальний наведений орбітальний магнітний момент атома, електронна оболонка якого складається з Z електронів, дорівнює:
, (5.72)
де
− середнє значення площі
для орбіт усіх електронів атома.
