Когато се постави във външно поле, веществото може да реагира на това поле и само да стане източник на магнитно поле (да бъде намагнетизирано). Такива вещества се наричат магнити(сравнете с поведението на диелектриците в електрическо поле). Според магнитните си свойства магнитите се делят на три основни групи: диамагнети, парамагнети и феромагнети.

Различните вещества се магнетизират по различни начини. Магнитните свойства на материята се определят от магнитните свойства на електроните и атомите. Повечето от веществата са слабо намагнетизирани - това са диамагнети и парамагнети. Някои вещества при нормални условия (при умерени температури) могат да бъдат намагнетизирани много силно - това са феромагнети.

Много атоми имат нетен магнитен момент, равен на нула. Веществата, съставени от такива атоми са диамагетика.Те включват, например, азот, вода, мед, сребро, готварска сол NaCl, силициев диоксид Si0 2 . Към тях принадлежат вещества, в които полученият магнитен момент на атома е различен от нула парамагнети.Примери за парамагнити са: кислород, алуминий, платина.

По-нататък, говорейки за магнитни свойства, ще имаме предвид главно диамагнети и парамагнети, а свойствата на малка група феромагнетици понякога ще бъдат специално обсъждани.

Нека първо разгледаме поведението на електроните на материята в магнитно поле. Да приемем за простота, че електронът се върти в атома около ядрото със скорост vпо орбита с радиус r. Такова движение, което се характеризира с орбитален ъглов момент, е по същество кръгов ток, който се характеризира съответно с орбитален магнитен момент.

обем r кълбо. Въз основа на периода на революция около обиколката т= - имаме това

произволна точка от орбитата, която електронът пресича за единица време -

веднъж. Следователно кръговият ток, равен на заряда, преминаващ през точката за единица време, се дава от израза

респективно орбитален магнитен момент на електронапо формула (22.3) е равно на

В допълнение към орбиталния ъглов импулс, електронът има и собствен ъглов импулс, наречен обратно. Спинът се описва от законите на квантовата физика и е присъщо свойство на електрон-подобна маса и заряд (вижте повече подробности в раздела за квантовата физика). Вътрешният ъглов импулс съответства на вътрешния (спинов) магнитен момент на електрона r sp.

Ядрата на атомите също имат магнитен момент, но тези моменти са хиляди пъти по-малки от моментите на електроните и обикновено могат да бъдат пренебрегнати. В резултат на това общият магнитен момент на магнита R tе равна на векторната сума от орбиталните и спинови магнитни моменти на електроните на магнита:

Външно магнитно поле действа върху ориентацията на частиците на материята, които имат магнитни моменти (и микротокове), в резултат на което материята се магнетизира. Характеристиката на този процес е вектор на намагнитване J, равно на съотношението на общия магнитен момент на частиците на магнита към обема на магнита AV:

Намагнитването се измерва в A/m.

Ако магнит е поставен във външно магнитно поле В 0, тогава в резултат

намагнитване, ще възникне вътрешно поле от микротокове B, така че полученото поле ще бъде равно на

Помислете за магнит под формата на цилиндър с основна площ Си височина /, поставени в еднородно външно магнитно поле с индукция При 0 .Такова поле може да се създаде например с помощта на соленоид. Ориентацията на микротокове във външното поле става подредена. В този случай полето на микротоковете на диамагнитите е насочено противоположно на външното поле, а полето на микротоковете на парамагнитите съвпада по посока с външното поле.

Във всеки участък на цилиндъра подредеността на микротокове води до следния ефект (фиг. 23.1). Подредените микротокове вътре в магнита се компенсират от съседни микротокове, а некомпенсираните повърхностни микротокове протичат по страничната повърхност.

Посоката на тези некомпенсирани микротокове е успоредна (или антипаралелна) на тока, протичащ в соленоида, създавайки външна нула. Като цяло те Ориз. 23.1дайте общия вътрешен ток Това повърхностен токсъздава вътрешно микротоково поле Б срещуосвен това връзката между тока и полето може да се опише с формулата (22.21) за нулата на соленоида:

Тук магнитната проницаемост се приема равна на единица, тъй като ролята на средата се взема предвид чрез въвеждане на повърхностния ток; плътността на завоите на намотката на соленоида съответства на единица за цялата дължина на соленоида /: n =един //. В този случай магнитният момент на повърхностния ток се определя от намагнитването на целия магнит:

От последните две формули, като се вземе предвид определението за намагнитване (23.4), следва

или във векторна форма

Тогава от формула (23.5) имаме

Опитът от изследване на зависимостта на намагнитването от силата на външното поле показва, че полето обикновено може да се счита за слабо и при разширението в серия на Тейлър е достатъчно да се ограничим до линеен член:

където безразмерният коефициент на пропорционалност x - магнитна чувствителноствещества. Имайки предвид това, имаме

Сравнявайки последната формула за магнитна индукция с добре познатата формула (22.1), получаваме връзката между магнитната проницаемост и магнитната чувствителност:

Отбелязваме, че стойностите на магнитната чувствителност за диамагнети и парамагнети са малки и обикновено са по модул 10 "-10 4 (за диамагнети) и 10 -8 - 10 3 (за парамагнити). В този случай за диамагнети х x > 0 и p > 1.

МАГНИТЕН ВЪРТЯЩ МОМЕНТ- физически. величина, характеризираща магнитната. свойства на системата за зареждане. частици (или отделни частици) и определяне, заедно с други многополюсни моменти (електричен диполен момент, квадруполен момент и т.н., вж. Multipoli) взаимодействието на системата с външното. ел-магн. полета и други подобни системи.

Според идеите на класиката електродинамика, магнит. полето се създава чрез движение на електричество. обвинения. Макар и модерни теорията не отхвърля (и дори предсказва) съществуването на частици с магнитни. зареждане ( магнитни монополи), такива частици все още не са наблюдавани експериментално и липсват в обикновената материя. Следователно елементарната характеристика на магнита. свойства се оказва точно М. м. Система, която има М. м. (аксиален вектор) създава магнитно поле на големи разстояния от системата. поле

(- радиус вектор на точката на наблюдение). Подобен изглед има електрически. диполно поле, състоящо се от две близко разположени електрически. заряди с противоположен знак. Въпреки това, за разлика от електрическите диполен момент. М. м. се създава не от система от точкови "магнитни заряди", а от електрически. токове, протичащи в системата. Ако е затворен електрически ток с плътност протича в ограничен обем V, то създаденият от него М. м. се определя от ф-лоя

В най-простия случай на затворен кръгов ток аз, протичащ по плоска намотка с площ s, , а векторът на M. m. е насочен по дясната нормала към намотката.

Ако токът се създава от неподвижното движение на точка електрически. заряди с маси със скорости , то получената M. m., както следва от f-ly (1), има вида

където се има предвид микроскопско осредняване. стойности във времето. Тъй като векторното произведение от дясната страна е пропорционално на вектора на импулса на импулса на частицата (предполага се, че скоростите ), след това приносите на деп. частиците в М. м. и в момента на броя на движенията са пропорционални:

Коефициент на пропорционалност e/2tsНаречен жиромагнитно съотношение; тази стойност характеризира универсалната връзка между магнитните. и механични такса свойства. частици в класическата електродинамика. Въпреки това движението на елементарните носители на заряд в материята (електроните) се подчинява на законите на квантовата механика, което прави корекции на класическото. картина. В допълнение към орбиталната механична момент на движение ЛЕлектронът има вътрешна механична момент - обратно. Пълен М. м. електрон е равно на суматаорбитална M. m. (2) и спин M. m.

Както може да се види от тази формула (следваща от релативистката Уравнения на Диракза електрон), жиромагнит. съотношението за спин се оказва точно два пъти по-голямо от орбиталния импулс. Характеристика на квантовата концепция за магнит. и механични моменти е и фактът, че векторите не могат да имат определена посока в пространството поради некомутативността на проекционните оператори на тези вектори върху координатните оси.

Завъртете М. м. заряд. частици, определени f-loy (3), наречени. нормално, за електрон е така магнетонБора. Опитът показва обаче, че М. м. на електрона се различава от (3) с порядък ( е константата на фината структура). Подобна добавка, наречена анормален магнитен момент, възниква поради взаимодействието на електрон с фотони, той е описан в рамките на квантовата електродинамика. Други елементарни частици също имат аномални магнитни свойства; те са особено големи за адрони, то-рие, според съвременните. представителства, имат внутр. структура. Така аномалната М. м. на протона е 2,79 пъти по-голяма от "нормалната" - ядрения магнетон, ( М- масата на протона), а М. м. на неутрона е равно на -1,91, т.е. значително се различава от нулата, въпреки че неутронът няма електрическа мощност. зареждане. Такива големи аномални адрони на M. m. поради вътрешни. движението на съставните им такси. кварки.

Lit .: Landau L. D., Lifshits E. M., Теория на полето, 7-мо изд., М., 1988; Хуанг К., Кварки, лептони и калибровъчни полета, прев. от английски, М., 1985. Д. В. Гилцов.

В предишния параграф беше установено, че ефектът на магнитно поле върху плоска верига с ток се определя от магнитния момент на веригата, който е равен на произведението от силата на тока във веригата и площта на веригата (вижте формула (118.1)).

Единицата за магнитен момент е ампер-метър на квадрат (). За да дадем представа за тази единица, посочваме, че при ток от 1 A, магнитен момент, равен на 1, има кръгъл контур с радиус 0,564 m () или квадратен контур със страна на квадрат, равен на 1 m. При ток от 10 A, магнитен момент 1 има кръгов радиус контур 0,178 m ( ) и др.

Електрон, движещ се с висока скорост по кръгова орбита, е еквивалентен на кръгов ток, силата на който е равна на произведението на заряда на електрона и честотата на въртене на електрона по орбитата: . Ако радиусът на орбитата е , а скоростта на електрона е , тогава и, следователно, . Магнитният момент, съответстващ на този ток е

Магнитният момент е векторна величина, насочена по нормалата към контура. От двете възможни посоки на нормата се избира една, която е свързана с посоката на тока във веригата по правилото на десния винт (фиг. 211). Въртенето на десния винт с резба в същата посока като тока във веригата причинява надлъжно движение на винта в посока . Избраната по този начин норма се нарича положителна. Приема се, че посоката на вектора съвпада с посоката на положителната норма.

Ориз. 211. Въртенето на главата на винта в посока на тока кара винта да се движи в посока на вектора

Сега можем да прецизираме определението за посоката на магнитната индукция. За посоката на магнитна индукция се приема посоката, в която се установява положителната нормал към веригата с ток под действието на полето, т.е. посоката, в която се установява векторът.

Единицата SI за магнитна индукция се нарича тесла (T) на името на сръбския учен Никола Тесла (1856-1943). Една тесла е равна на магнитната индукция на еднородно магнитно поле, в което плоска токопроводяща верига с магнитен момент от един ампер-метър на квадрат е подложена на максимален въртящ момент от един нютон-метър.

От формула (118.2) следва, че

119.1. Кръгов контур с радиус 5 cm, през който протича ток от 0,01 A, изпитва максимален въртящ момент, равен на N × m в еднородно магнитно поле. Каква е магнитната индукция на това поле?

119.2. Какъв въртящ момент действа върху същия контур, ако нормалата към контура образува ъгъл от 30° с посоката на полето?

119.3. Намерете магнитния момент на тока, създаден от електрон, движещ се по кръгова орбита с радиус m със скорост m/s. Зарядът на електрона е Cl.

Всякакви вещества. Източникът на образуването на магнетизъм, според класическата електромагнитна теория, са микротокове, възникващи от движението на електрон в орбита. Магнитният момент е незаменимо свойство на всички ядра, атомни електронни обвивки и молекули без изключение.

Магнетизмът, който е присъщ на всички елементарни частици, се дължи на наличието на механичен момент в тях, наречен спин (собствен механичен импулс от квантовата природа). Магнитните свойства на атомното ядро ​​са съставени от спинови импулси съставни частиядра - протони и неутрони. Електронните обвивки (вътреатомни орбити) също имат магнитен момент, който е сумата от магнитните моменти на електроните, разположени върху тях.

С други думи, магнитните моменти на елементарните частици се дължат на вътрешно-атомния квантовомеханичен ефект, известен като спинов импулс. Този ефекте подобен на ъгловия импулс на въртене около собствената си централна ос. Спиновият импулс се измерва в константата на Планк, основната константа на квантовата теория.

Всички неутрони, електрони и протони, от които всъщност се състои атомът, според Планк, имат спин, равен на ½. В структурата на атома електроните, въртящи се около ядрото, освен импулса на въртене, имат и орбитален ъглов импулс. Ядрото, въпреки че заема статично положение, има и ъглов импулс, който се създава от ефекта на ядреното въртене.

Магнитното поле, което генерира атомен магнитен момент, се определя от различните форми на този ъглов импулс. Най-забележим принос към създаването има ефектът на въртене. Съгласно принципа на Паули, според който два еднакви електрона не могат да бъдат едновременно в едно и също квантово състояние, свързаните електрони се сливат, докато техният спинов импулс придобива диаметрално противоположни проекции. В този случай магнитният момент на електрона се намалява, което намалява магнитните свойства на цялата структура. При някои елементи, които имат четен брой електрони, този момент намалява до нула и веществата престават да имат магнитни свойства. По този начин магнитният момент на отделните елементарни частици оказва пряко влияние върху магнитните свойства на цялата ядрено-атомна система.

Феромагнитните елементи с нечетен брой електрони винаги ще имат ненулев магнетизъм поради несдвоения електрон. В такива елементи съседните орбитали се припокриват и всички спинови моменти на несдвоени електрони заемат една и съща ориентация в пространството, което води до постигане на най-ниско енергийно състояние. Този процес се нарича обменно взаимодействие.

При това подравняване на магнитните моменти на феромагнитните атоми възниква магнитно поле. А парамагнитните елементи, състоящи се от атоми с дезориентирани магнитни моменти, нямат собствено магнитно поле. Но ако действате върху тях с външен източник на магнетизъм, тогава магнитните моменти на атомите ще се изравнят и тези елементи също ще придобият магнитни свойства.

Магнитен момент

основната величина, характеризираща магнитните свойства на веществото. Източникът на магнетизма, според класическата теория на електромагнитните явления, са електрическите макро- и микротокове. Елементарен източник на магнетизъм се счита за затворен ток. От опита и класическата теория на електромагнитното поле следва, че магнитните действия на затворен ток (верига с ток) се определят, ако продуктът е известен ( М) сила на тока идо зоната на контура σ ( М = иσ /° Св CGS система от единици (виж CGS система от единици), с - скоростта на светлината). вектор Ми по дефиниция е M. m. Може да бъде записано и в различна форма: М = м л, където м-еквивалентния магнитен заряд на веригата, и л- разстоянието между "зарядите" на противоположни знаци (+ и - ).

М. м. имат елементарни частици, атомни ядра, електронни обвивки на атоми и молекули. Механичната маса на елементарните частици (електрони, протони, неутрони и други), както показва квантовата механика, се дължи на съществуването на техния собствен механичен момент - Spin a. Ядрените маси са съставени от присъщите (спинови) маси на протоните и неутроните, които образуват тези ядра, както и масите, свързани с тяхното орбитално движение в рамките на ядрото. Молекулните маси на електронните обвивки на атоми и молекули са съставени от спинови и орбитални молекулни маси на електрони. Спиновият магнитен момент на електрон m cn може да има две равни и противоположно насочени проекции върху посоката на външното магнитно поле Н.Абсолютната стойност на проекцията

където μ в \u003d (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg/gs -Борен магнетон, h - Константа на Планк , ди м e - зарядът и масата на електрона, с- скоростта на светлината; S H-проекция на спиновия механичен момент върху посоката на полето Х. Абсолютната стойност на спин M. m.

където с= 1 / 2 - спиново квантово число (Вижте квантовите числа). Съотношението на въртене M. m. към механичния момент (назад)

от въртенето

Изследванията на атомните спектри показват, че m H cn всъщност не е равно на m in, а на m in (1 + 0,0116). Това се дължи на действието върху електрона на така наречените нулеви трептения на електромагнитното поле (вижте Квантова електродинамика, Радиационни корекции).

Орбиталната M. m. на електронен m кълбо е свързана с орбита на механичния орбитален момент чрез съотношението ж opb = |m кълбо | / | кълбо | = | д|/2мд ° С, тоест магнитомеханичното съотношение ж opb е два пъти по-малко от ж cn. Квантовата механика позволява само дискретна серия от възможни проекции m orb върху посоката на външното поле (т.нар. пространствено квантуване): m H orb = m l m in , където m l - магнитно квантово число като 2 л+ 1 стойности (0, ±1, ±2,..., ± л, където л- орбитално квантово число). При многоелектронните атоми орбиталният и спиновият магнетизъм се определят от квантовите числа Ли Собщи орбитални и спинови моменти. Добавянето на тези моменти се извършва по правилата на пространственото квантуване. Поради неравенството на магнитомеханичните отношения за спина на електрона и неговото орбитално движение ( ж cn ¹ ж opb) получената М. м. на атомната обвивка няма да бъде успоредна или антипаралелна на получения механичен момент Дж. Следователно, често се разглежда компонентът на общия M. m. в посока на вектора Джравна на

където ж J е магнитомеханичното съотношение на електронната обвивка, Дже общото ъглово квантово число.

М. м. на протон, чийто спин е

където Mpе масата на протона, която е 1836,5 пъти по-голяма м e , m отрова - ядрен магнетон равен на 1/1836.5m c. Неутронът, от друга страна, не трябва да има ММ, тъй като е лишен от заряд. Опитът обаче показва, че ММ на протона m p = 2,7927m е отрова, а този на неутрона m n = -1,91315m е отрова. Това се дължи на наличието на мезонни полета в близост до нуклони, които определят техните специфични ядрени взаимодействия (виж Ядрени сили, Мезони) и влияят на техните електромагнитни свойства. Общо М. м. комплекс атомни ядране са кратни на m отрова или m p и m n . По този начин, M. m. ядра на калий

За да се характеризира магнитното състояние на макроскопичните тела, се изчислява средната стойност на получената магнитна сила на всички микрочастици, образуващи тялото. Отнесено към единица обем на тялото, магнитното поле се нарича намагнитване. За макротела, особено в случай на тела с атомно магнитно подреждане (феро-, фери- и антиферомагнетици), концепцията за среден атомен M. m. се въвежда като средна стойност на M. m. за един атом (йон) - носителят на М. м. в тялото. В вещества с магнитен ред тези средни атомни молекулни маси се получават като частно от деленето на спонтанното намагнитване на феромагнитни тела или магнитни подрешетки във фери- и антиферомагнити (при абсолютна нулева температура) на броя на атомите, които носят молекулата маса на единица обем. Обикновено тези средни атомни молекулни тегла се различават от молекулните тегла на изолирани атоми; техните стойности в магнетоните на Бор m от своя страна се оказват дробни (например в преходните d-метали Fe, Co и Ni, съответно 2,218 m in, 1,715 m in и 0,604 m in) Тази разлика се дължи на промяна в движението на d-електрони (носители на M. m.) в кристал в сравнение с движението в изолирани атоми. В случай на редкоземни метали (лантаниди), както и неметални феро- или феримагнитни съединения (например ферити), незавършените d- или f-слоеве на електронната обвивка (основните атомни носители на M. m.) на съседните йони в кристала се припокриват слабо, следователно, забележима колективизация на тях няма слоеве (както при d-метали), а молекулните маси на такива тела се променят малко в сравнение с изолираните атоми. Директното експериментално определяне на ММ върху атомите в кристала стана възможно в резултат на използването на магнитна неутронна дифракция, радиоспектроскопия (NMR, EPR, FMR и др.) и ефекта на Мьосбауер. За парамагнети също е възможно да се въведе понятието среден атомен магнетизъм, който се определя чрез константата на Кюри, намерена експериментално, която е включена в израза за закона на Кюри a или закона на Кюри-Вайс a (вижте Парамагнетизъм).

букв.:Тамм И. Е., Основи на теорията на електричеството, 8-мо изд., М., 1966; Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М., Електродинамика на непрекъснати среди, Москва, 1959; Дорфман Я. Г., Магнитни свойства и структура на материята, Москва, 1955; Вонсовски С.В., Магнетизъм на микрочастиците, М., 1973.

С. В. Вонсовски.

Голям съветска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия. 1969-1978 .

Вижте какво представлява "Магнитният момент" в други речници:

Размерност L2I SI единици A⋅m2 ... Wikipedia

Основната величина, характеризираща магн. имоти в wa. Източникът на магнетизма (М. м.), според класика. теория на имейла. магн. явления, явл. макро и микро (атомни) електрически. течения. Елем. затворен ток се счита за източник на магнетизъм. От опит и класика...... Физическа енциклопедия

Голям енциклопедичен речник

МАГНИТЕН МОМЕНТ, измерване на сила постоянен магнитили токопроводяща намотка. Това е максималната сила на завъртане (въртящ момент), приложена към магнит, намотка или електрически заряд в МАГНИТНО ПОЛЕ, разделена на силата на полето. Заредено...... Научно-технически енциклопедичен речник

МАГНИТЕН ВЪРТЯЩ МОМЕНТ- физически. стойност, която характеризира магнитните свойства на телата и частиците на материята (електрони, нуклони, атоми и др.); колкото по-голям е магнитният момент, толкова по-силно (виж) е тялото; магнитният момент определя магнитния (виж). Тъй като всеки електрически ... ... Голяма политехническа енциклопедия

- (магнитен момент) произведението от магнитната маса на даден магнит и разстоянието между неговите полюси. Самойлов К. И. Морски речник. M. L .: Държавно военноморско издателство на НКВМФ на СССР, 1941 г. ... Морски речник

магнитен момент- Хар ка магн. св в тялото, арб. опит продукт магн. заряд на всеки полюс за разстояние между полюсите. Теми металургия като цяло EN магнитен момент... Наръчник за технически преводач

Векторна величина, която характеризира вещество като източник на магнитно поле. Макроскопичният магнитен момент се създава от затворени електрически токове и подредено ориентирани магнитни моменти на атомни частици. Микрочастиците имат орбитална... енциклопедичен речник

МАГНИТЕН ВЪРТЯЩ МОМЕНТ- е основната величина, характеризираща магнитните свойства на веществото. Разглежда се елементарният източник на магнетизъм електричество. Векторът, който се определя от произведението на силата на тока и площта на затворената токова верига, е магнитният момент. от… … Палеомагнетология, петромагнетология и геология. Речник.

магнитен момент- elektromagnetinis momentas statusas T sritis Стандартизация и метрология apibrėžtis Vektorinis dydis, kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momentui: m B = T; čia m - векторен магнитен момент, B ... ... Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas