أعط تعريفًا للعزم المغناطيسي. لحظة جاذبة. شاهد ما هي "اللحظة المغناطيسية" في القواميس الأخرى

لحظة جاذبة

الكمية الرئيسية التي تميز الخصائص المغناطيسية للمادة. مصدر المغناطيسية ، وفقًا للنظرية الكلاسيكية للظواهر الكهرومغناطيسية ، هو التيارات الكهربائية الكلية والصغيرة. يعتبر المصدر الأساسي للمغناطيسية تيارًا مغلقًا. من التجربة والنظرية الكلاسيكية الكهربائية حقل مغناطيسيويترتب على ذلك أن الإجراءات المغناطيسية لتيار مغلق (دائرة مع تيار) يتم تحديدها إذا كان المنتج معروفًا ( م) تيار أناعلى منطقة الكنتور σ ( م = أناσ / جفي نظام CGS للوحدات (انظر نظام CGS للوحدات) ، مع - سرعة الضوء). المتجه مويوجد بحكم تعريفه M. m ويمكن كتابته بصيغة أخرى: م = م ل، أين م -الشحنة المغناطيسية المكافئة للدائرة ، و ل- المسافة بين "شحنة" اللافتات المتقابلة (+ و - ).

تمتلك الجسيمات الأولية والنواة الذرية وقذائف الإلكترون للذرات والجزيئات مواد مغناطيسية. يرجع حجم الجسيمات الأولية (الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات وغيرها) ، كما يتضح من ميكانيكا الكم ، إلى وجود عزمها الميكانيكي الخاص - Spin a. تتكون نوى M. m من (اللف المغزلي) M. m وتشكل هذه النوى من البروتونات والنيوترونات ، بالإضافة إلى M. m المرتبطة بحركتها المدارية داخل النواة. يتكون الرنين المغناطيسي لقذائف الإلكترون من الذرات والجزيئات من إلكترونات تدور ورنين مغناطيسي مداري. يمكن أن يكون للعزم المغنطيسي المغزلي للإلكترون m cn إسقاطان متساويان وموجهان بشكل معاكس على اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي ن.حجم الإسقاط المطلق

حيث μ in = (9.274096 ± 0.000065) 10 -21 erg / gs -بورا ماجنتون ، ح - الشريط ثابت ، هو مه - شحنة وكتلة الإلكترون ، مع- سرعة الضوء؛ ش -إسقاط عزم الدوران الميكانيكي على اتجاه المجال ح... القيمة المطلقة للدوران M. m.

أين س= 1/2 - رقم كم الدوران (انظر أرقام الكم). نسبة مغناطيسية الدوران إلى العزم الميكانيكي (الدوران)

منذ الدوران

أظهرت دراسات الأطياف الذرية أن m H cn لا يساوي في الواقع m in ، ولكن m in (1 + 0.0116). ويرجع ذلك إلى التأثير على الإلكترون لما يسمى بتذبذبات النقطة الصفرية للمجال الكهرومغناطيسي (انظر الديناميكا الكهربية الكمية ، تصحيحات الإشعاع).

ترتبط العزم المغناطيسي المداري للجرم الإلكتروني بالإلكترون m بالعزم المداري الميكانيكي للدوران بواسطة العلاقة ز opb = | m الجرم السماوي | / | الجرم السماوي | = | ه|/2مه ج، أي النسبة المغناطيسية الميكانيكية ز opb مرتين أقل من ز cp. تسمح ميكانيكا الكم فقط بسلسلة منفصلة من الإسقاطات الممكنة للأجرام السماوية m على اتجاه المجال الخارجي (ما يسمى بالتكمية المكانية): m H orb = m l m in , أين م ل - عدد الكم المغناطيسي بافتراض 2 ل+ 1 قيم (0 ، ± 1 ، ± 2 ، ... ، ± ل، أين ل- رقم الكم المداري). في العديد من ذرات الإلكترون ، يتم تحديد المدار واللف المغزلي M. m بواسطة الأرقام الكمومية إلو سإجمالي لحظات الدوران والدوران. تتم إضافة هذه اللحظات وفقًا لقواعد التكميم المكاني. بسبب عدم المساواة في العلاقات المغناطيسية الميكانيكية للف الإلكترون وحركته المدارية ( ز cp ¹ ز opb) لن تكون MM الناتجة عن الغلاف الذري موازية أو عكسية لعزمها الميكانيكي الناتج ي. لذلك ، غالبًا ما يفكر المرء في مكون M. m الكامل في اتجاه المتجه ييساوي

أين ز J هي النسبة المغناطيسية الميكانيكية لقذيفة الإلكترون ، يهو إجمالي عدد الكم الزاوي.

M. م لبروتون يكون دورانه

أين م ص- كتلة البروتون أكبر بمقدار 1836.5 مرة مه ، م السم هو مغناطيس نووي يساوي 1 / 1836.5 م ج. من ناحية أخرى ، يجب ألا يحتوي النيوترون على مادة مغناطيسية ، لأنه خالٍ من الشحنة. ومع ذلك ، فقد أظهرت التجربة أن الوزن الجزيئي للبروتون هو m p = 2.7927m سم ، والنيوترون m n = -1.91315m سم. ويرجع ذلك إلى وجود حقول الميزون حول النكليونات ، والتي تحدد تفاعلاتها النووية المحددة (انظر القوى النووية ، الميزونات) وتؤثر على خصائصها الكهرومغناطيسية. إجمالي Mm من النوى الذرية المعقدة ليس من مضاعفات سم m أو m p و m n. وهكذا ، M. م.نواة البوتاسيوم

لتوصيف الحالة المغناطيسية للأجسام العيانية ، يتم حساب متوسط ​​قيمة المجال المغناطيسي الناتج لجميع الجسيمات الدقيقة التي تشكل الجسم. تسمى المغناطيسية لكل وحدة حجم للجسم بالمغناطيسية. بالنسبة للأجسام الكبيرة ، خاصة في حالة الأجسام ذات الترتيب المغناطيسي الذري (المغناطيسات الحديدية ، والفيري ، والمغناطيسات المضادة) ، يتم تقديم مفهوم متوسط ​​الكتلة الجزيئية الذرية باعتباره متوسط ​​قيمة الكتلة الجزيئية لكل ذرة (أيون) ، الناقل لـ الكتلة الجزيئية في الجسم. في المواد ذات الترتيب المغناطيسي ، يتم الحصول على متوسط ​​المواد المغناطيسية الذرية كحاصل قسمة من تقسيم المغنطة التلقائية للأجسام المغناطيسية أو الشرائح الفرعية المغناطيسية في المغناطيسات الحديدية والمضادة (عند درجة حرارة الصفر المطلق) من خلال عدد الذرات - ناقلات من المواد المغناطيسية لكل وحدة حجم. وعادة ما تختلف هذه الذرات المتوسطة M. من m عن M. من M. للذرات المعزولة؛ قيمها في مغنيطونات Bohr m هي بدورها كسرية (على سبيل المثال ، في المعادن d الانتقالية Fe ، Co و Ni ، على التوالي ، 2.218 م بوصة ، 1.715 م في و 0.604 م بوصة) هذا الاختلاف يرجع إلى تغيير في حركة الإلكترونات d (حاملات M. m.) في بلورة مقارنة بالحركة في الذرات المعزولة. في حالة المعادن الأرضية النادرة (اللانثانيدات) ، وكذلك المركبات الحديدية أو المغناطيسية غير المعدنية (على سبيل المثال ، الفريت) ، الطبقات غير المكتملة d- أو f من غلاف الإلكترون (الذري الرئيسي لا توجد طبقات (كما في d- معادن) ، والكتلة الجزيئية لهذه الأجسام تتغير قليلاً مقارنة بالذرات المعزولة. أصبح التحديد التجريبي المباشر للرنين المغناطيسي على الذرات في البلورة ممكنًا نتيجة لتطبيق طرق حيود النيوترون المغناطيسي ، والتحليل الطيفي الراديوي (NMR ، و EPR ، و FMR ، وما إلى ذلك) ، وتأثير موسباور. بالنسبة إلى البارامغناطيسات ، من الممكن أيضًا تقديم مفهوم متوسط ​​المادة المغناطيسية الذرية ، والذي يتم تحديده من خلال ثابت كوري الذي تم العثور عليه تجريبياً ، والذي تم تضمينه في التعبير عن قانون كوري أ أو قانون كوري فايس أ (انظر البارامغناطيسية).

أشعل .:تم آي إي ، أساسيات نظرية الكهرباء ، الطبعة الثامنة ، M. ، 1966 ؛ Landau L.D and Lifshits E.M، Electrodynamics of Continuous media، M.، 1959؛ Dorfman Ya. G. ، الخصائص المغناطيسية وتركيب المادة ، M. ، 1955 ؛ Vonsovsky S.V. ، مغناطيسية الجسيمات الدقيقة ، M. ، 1973.

إس في فونسوفسكي.

الموسوعة السوفيتية العظمى. - م: الموسوعة السوفيتية. 1969-1978 .

شاهد ما هي "اللحظة المغناطيسية" في القواميس الأخرى:

وحدات قياس الأبعاد L2I SI A⋅m2 ... ويكيبيديا

القيمة الرئيسية التي تميز المغناطيس. خصائص في وا. مصدر المغناطيسية (M. م) ، حسب الكلاسيكية. النظرية الإلكترونية ماغن. الظواهر ، yavl. الكهربائية الكلية والجزئية (الذرية) التيارات. إليم. يعتبر مصدر المغناطيسية تيارًا مغلقًا. من الخبرة والكلاسيكية .... ... موسوعة فيزيائية

قاموس موسوعي كبير

لحظة مغناطيسية ، تقيس قوة المغناطيس الدائم أو الملف الحامل للتيار. إنها أقصى قوة دورانية (عزم دوران) مطبقة على مغناطيس أو ملف أو شحنة كهربائية في حقل مغناطيسي مقسومًا على شدة المجال. متهم ... ... القاموس الموسوعي العلمي والتقني

لحظة جاذبة- جسدي - بدني كمية تميز الخصائص المغناطيسية للأجسام وجزيئات المادة (الإلكترونات ، النكليونات ، الذرات ، إلخ) ؛ كلما زادت اللحظة المغناطيسية ، كان الجسم أقوى (انظر) ؛ يتم تحديد العزم المغناطيسي بواسطة المغناطيسية (انظر). منذ كل كهربائي ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة

- (العزم المغناطيسي) ناتج الكتلة المغناطيسية لمغناطيس معين بالمسافة بين أقطابها. Samoilov KI القاموس البحري. M.L .: دار النشر البحري الحكومية التابعة لـ NKVMF لاتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، 1941 ... القاموس البحري

لحظة جاذبة- Har ka magn. SV في الجثث ، التحويل. يعبر. همز. الحجم شحنة في كل قطب على مسافة بين القطبين. الموضوعات علم المعادن بشكل عام EN العزم المغناطيسي ... دليل المترجم الفني

كمية المتجهات التي تميز المادة كمصدر للمجال المغناطيسي. يتم إنشاء اللحظة المغناطيسية العيانية بواسطة التيارات الكهربائية المغلقة واللحظات المغناطيسية الموجهة بشكل منظم للجسيمات الذرية. تميز الجزيئات الدقيقة بين المداري ... قاموس موسوعي

لحظة جاذبة- هي الكمية الرئيسية التي تميز الخواص المغناطيسية للمادة. يعتبر المصدر الأساسي للمغناطيسية كهرباء... المتجه المحدد بواسطة ناتج القوة الحالية ومنطقة الحلقة الحالية المغلقة هي العزم المغناطيسي. بواسطة… … علم المغنطيسية القديمة ، علم المغناطيسية والجيولوجيا. القاموس المرجعي.

لحظة جاذبة- عروض الكهرومغناطيسية الحالة مثل T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vektorinis dydis، kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momentui: m B = T ؛ čia م - Magnetinio Momento vektorius ، B ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

من المعروف أن المجال المغناطيسي له تأثير موجه على إطار بتيار ، ويدور الإطار حول محوره. يحدث هذا لأنه في مجال مغناطيسي ، تعمل لحظة قوى على الإطار ، تساوي:

هنا B هو متجه تحريض المجال المغناطيسي ، وهو التيار في الإطار ، S هي مساحته ، والزاوية بين خطوط القوة والعمودي على مستوى الإطار. يتضمن هذا التعبير منتجًا يسمى العزم المغناطيسي ثنائي القطب أو ببساطة العزم المغناطيسي للإطار ، واتضح أن حجم العزم المغناطيسي يميز تمامًا تفاعل الإطار مع المجال المغناطيسي. إطاران ، أحدهما له تيار كبير ومساحة صغيرة ، والآخر به مساحة كبيرة وتيار صغير ، سوف يتصرفان في مجال مغناطيسي بنفس الطريقة إذا كانت لحظاتهما المغناطيسية متساوية. إذا كان الإطار صغيرًا ، فإن تفاعله مع المجال المغناطيسي لا يعتمد على شكله.

من الملائم اعتبار اللحظة المغناطيسية بمثابة ناقل يقع على خط عمودي على مستوى الإطار. يتم تحديد اتجاه المتجه (لأعلى أو لأسفل على طول هذا الخط) من خلال "قاعدة gimbal": يجب وضع gimbal بشكل عمودي على مستوى الإطار وتدويره في اتجاه تيار الإطار - اتجاه حركة gimbal الإرادة تشير إلى اتجاه متجه العزم المغناطيسي.

وبالتالي ، فإن اللحظة المغناطيسية هي متجه عمودي على مستوى الإطار.

الآن دعونا نتخيل سلوك الإطار في مجال مغناطيسي. سوف تميل إلى الالتفاف هكذا. بحيث يتم توجيه عزمها المغناطيسي على طول متجه تحريض المجال المغناطيسي B. يمكن استخدام إطار صغير بتيار كجهاز قياس بسيط لتحديد متجه تحريض المجال المغناطيسي.

اللحظة المغناطيسية هي مفهوم مهم في الفيزياء. تتكون الذرات من نوى تدور حولها الإلكترونات. كل إلكترون يتحرك حول النواة كجسيم مشحون يخلق تيارًا ، ويشكل نوعًا من الإطار المجهري مع التيار. دعونا نحسب العزم المغناطيسي لإلكترون واحد يتحرك في مدار دائري نصف قطره r.

التيار الكهربائي ، أي مقدار الشحنة التي يحملها إلكترون في مدار في 1 ثانية ، يساوي شحنة الإلكترون e ، مضروبة في عدد الدورات التي يقوم بها:

وبالتالي ، فإن حجم العزم المغناطيسي للإلكترون يساوي:

يمكن التعبير عنها من خلال حجم الزخم الزاوي للإلكترون. ثم حجم العزم المغناطيسي للإلكترون المرتبط بحركته في المدار ، أو ، كما يقولون ، حجم العزم المغناطيسي المداري ، يساوي:

الذرة هي شيء لا يمكن وصفه باستخدام الفيزياء الكلاسيكية: بالنسبة لمثل هذه الأجسام الصغيرة ، تنطبق قوانين مختلفة تمامًا - قوانين ميكانيكا الكم. ومع ذلك ، يتبين أن النتيجة التي تم الحصول عليها للعزم المغناطيسي المداري للإلكترون هي نفسها كما في ميكانيكا الكم.

يختلف الوضع مع اللحظة المغناطيسية الجوهرية للإلكترون - اللف المغزلي ، المرتبط بدوره حول محوره. بالنسبة إلى دوران الإلكترون ، تعطي ميكانيكا الكم قيمة العزم المغناطيسي ، وهي أكبر بمرتين من تلك الموجودة في الفيزياء الكلاسيكية:

وهذا الاختلاف بين اللحظات المغناطيسية المدارية والدورانية لا يمكن تفسيره من وجهة النظر الكلاسيكية. إجمالي العزم المغناطيسي للذرة هو مجموع اللحظات المغناطيسية المدارية والدورانية لجميع الإلكترونات ، وبما أنها تختلف بمعامل 2 ، يظهر عامل في التعبير عن اللحظة المغناطيسية للذرة التي تميز حالة ذرة:

وهكذا ، فإن الذرة ، مثل الإطار العادي ذي التيار ، لها لحظة مغناطيسية ، وفي كثير من النواحي سلوكها متشابه. على وجه الخصوص ، كما في حالة الإطار الكلاسيكي ، يتم تحديد سلوك الذرة في المجال المغناطيسي تمامًا بحجم عزمها المغناطيسي. في هذا الصدد ، فإن مفهوم اللحظة المغناطيسية مهم جدًا في شرح مختلف الظواهر الفيزيائيةتحدث مع مادة في مجال مغناطيسي.

عند وضعها في مجال خارجي ، يمكن للمادة أن تتفاعل مع هذا المجال وتصبح نفسها مصدرًا لمجال مغناطيسي (ممغنط). تسمى هذه المواد مغناطيس(قارن مع سلوك العوازل في مجال كهربائي). وفقًا لخصائصها المغناطيسية ، يتم تقسيم المغناطيس إلى ثلاث مجموعات رئيسية: المغناطيسات القطنية والمغناطيسات المغناطيسية والمغناطيسات الحديدية.

المواد المختلفة ممغنطة بطرق مختلفة. يتم تحديد الخصائص المغناطيسية للمادة بواسطة الخواص المغناطيسية للإلكترونات والذرات. معظم المواد ممغنطة بشكل ضعيف - وهي عبارة عن مغناطيسات مغناطيسية ومغناطيسات بارزة. بعض المواد في ظل الظروف العادية (في درجات حرارة معتدلة) قادرة على مغنطة بقوة شديدة - هذه عبارة عن مغناطيسات حديدية.

بالنسبة للعديد من الذرات ، صافي العزم المغناطيسي هو صفر. المواد التي تتكون من هذه الذرات هي علماء الدين.وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، النيتروجين والماء والنحاس والفضة وكلوريد الصوديوم وثاني أكسيد السيليكون SiO2. المواد التي تختلف فيها العزم المغناطيسي للذرة عن الصفر تنتمي إليها البارامغناطيس.ومن الأمثلة على البارامغناطيس الأكسجين والألمنيوم والبلاتين.

فيما يلي ، عند الحديث عن الخصائص المغناطيسية ، سنعني بشكل أساسي المغناطيسات المغناطيسية والمغناطيسات البارامغناطيسية ، وفي بعض الأحيان سنحدد خصائص مجموعة صغيرة من المغناطيسات الحديدية.

دعونا نفكر أولاً في سلوك إلكترونات المادة في المجال المغناطيسي. للتبسيط ، سنفترض أن الإلكترون يدور في الذرة حول النواة بسرعة الخامسفي مدار نصف قطره r هذه الحركة ، التي تتميز بزخم زاوي مداري ، هي في الأساس تيار دائري يتميز ، على التوالي ، بعزم مغناطيسي مداري.

حجم الجرم السماوي p. بناءً على فترة الدوران حول المحيط تي= - لدينا ذلك

نقطة عشوائية في مدار إلكترون لكل وحدة زمنية يتقاطع -

ذات مرة. لذلك ، فإن التيار الدائري ، الذي يساوي الشحنة التي تمر عبر النقطة لكل وحدة زمنية ، يُعطى بالتعبير

على التوالى، العزم المغناطيسي المداري للإلكترونبالصيغة (22.3) يساوي

بالإضافة إلى الزخم الزاوي المداري ، فإن للإلكترون أيضًا الزخم الزاوي الخاص به ، المسمى يلف... تم وصف السبين بواسطة قوانين فيزياء الكم وهي خاصية متأصلة في الإلكترون - مثل الكتلة والشحنة (انظر المزيد من التفاصيل في القسم الخاص بفيزياء الكم). يتوافق الزخم الزاوي الجوهري مع العزم المغناطيسي (المغزلي) الجوهري للإلكترون ص CN.

تحتوي نوى الذرات أيضًا على لحظة مغناطيسية ، ولكن هذه اللحظات أصغر بآلاف المرات من لحظات الإلكترونات ، ويمكن عادةً إهمالها. نتيجة لذلك ، فإن إجمالي العزم المغناطيسي للمغناطيس هو ص ريساوي مجموع متجه للعزوم المغناطيسية المدارية والمغناطيسية لإلكترونات المغناطيس:

يعمل المجال المغناطيسي الخارجي على اتجاه جسيمات المادة التي لها لحظات مغناطيسية (والتيارات الدقيقة) ، ونتيجة لذلك تصبح المادة ممغنطة. السمة المميزة لهذه العملية هي متجه المغنطة J، تساوي نسبة العزم المغناطيسي الكلي لجزيئات المغناطيس إلى حجم المغناطيس AV:

يتم قياس المغنطة بـ A / m.

إذا تم وضع المغناطيس في مجال مغناطيسي خارجي ب 0 ، ونتيجة لذلك

مغنطة ، سيظهر مجال داخلي من التيارات الدقيقة B ، بحيث يكون الحقل الناتج مساويًا لـ

ضع في اعتبارك مغناطيسًا على شكل أسطوانة بمساحة قاعدية سوالارتفاع / ، يوضعان في مجال مغناطيسي خارجي موحد مع الحث عند 0.يمكن إنشاء مثل هذا المجال ، على سبيل المثال ، باستخدام ملف لولبي. يصبح اتجاه التيارات الدقيقة في الصفر الخارجي مرتبًا. في هذه الحالة ، يتم توجيه مجال التيارات الدقيقة للمغناطيسات القطنية عكس الصفر الخارجي ، ويتزامن مجال التيارات الدقيقة للمغناطيسات الصغيرة في الاتجاه مع الخارج

في أي قسم من الاسطوانة ، يؤدي ترتيب التيارات الدقيقة إلى التأثير التالي (الشكل 23.1). يتم تعويض التيارات الدقيقة المرتبة داخل المغناطيس بواسطة التيارات الدقيقة المجاورة ، وتتدفق التيارات الدقيقة السطحية غير المعوضة على طول السطح الجانبي.

اتجاه هذه التيارات الدقيقة غير المعوضة موازية (أو مضادة) للتيار المتدفق في الملف اللولبي ، مما ينتج عنه صفر خارجي. بشكل عام ، هم أرز. 23.1إعطاء مجموع التيار الداخلي هذا تيار السطحيخلق فتحة داخلية من التيارات الدقيقة ب ضدعلاوة على ذلك ، يمكن وصف العلاقة بين التيار والحقل بالصيغة (22.21) لصفر الملف اللولبي:

هنا ، تؤخذ النفاذية المغناطيسية على أنها وحدة ، حيث يتم أخذ دور الوسيط في الاعتبار من خلال إدخال تيار سطحي ؛ تتوافق كثافة لف الملف اللولبي مع واحد لكامل طول الملف اللولبي /: ن =واحد //. في هذه الحالة ، يتم تحديد العزم المغناطيسي للتيار السطحي عن طريق مغنطة المغناطيس بأكمله:

من الصيغتين الأخيرتين ، مع مراعاة تعريف المغنطة (23.4) ، يتبع ذلك

أو في شكل ناقل

ثم من الصيغة (23.5) لدينا

تُظهر تجربة دراسة اعتماد المغنطة على قوة المجال الخارجي أنه عادةً ما يمكن اعتبار المجال ضعيفًا وفي التوسع في سلسلة تايلور يكفي تقييد الذات بالمصطلح الخطي:

حيث معامل التناسب بلا أبعاد س - القابلية المغناطيسيةمواد. مع أخذ هذا في الاعتبار ، لدينا

بمقارنة الصيغة الأخيرة للحث المغناطيسي بالصيغة المعروفة (22.1) ، نحصل على العلاقة بين النفاذية المغناطيسية والقابلية المغناطيسية:

لاحظ أن قيم القابلية المغناطيسية للمغناطيسات المغناطيسية والمغناطيسية صغيرة الحجم وعادة ما تكون معيارية 10 "-10 4 (للمغناطيسات القطنية) و10-8-10 3 (للمغناطيسات البارامغناطيسية). في هذه الحالة ، بالنسبة للمغناطيسات القطنية X x> 0 و p> 1.

أي مادة. مصدر تكوين المغناطيسية ، وفقًا للنظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية ، هي التيارات الدقيقة الناشئة عن حركة الإلكترون في مداره. العزم المغناطيسي هو خاصية لا غنى عنها لجميع النوى وأغلفة الإلكترونات الذرية والجزيئات دون استثناء.

المغناطيسية ، المتأصلة في جميع الجسيمات الأولية ، وفقًا لوجود لحظة ميكانيكية ، تسمى الدوران (الدافع الميكانيكي الخاص لطبيعة كمومية). الخواص المغناطيسية نواة ذريةتتكون من عزم الدوران للأجزاء المكونة للنواة - البروتونات والنيوترونات. تحتوي الأصداف الإلكترونية (المدارات داخل الذرة) أيضًا على عزم مغناطيسي ، وهو مجموع اللحظات المغناطيسية للإلكترونات الموجودة عليها.

بعبارة أخرى ، فإن اللحظات المغناطيسية للجسيمات الأولية ترجع إلى التأثير الميكانيكي الكمومي داخل الذرة المعروف باسم زخم الدوران. يشبه هذا التأثير الزخم الزاوي للدوران حول محوره المركزي. يُقاس زخم الدوران في ثابت بلانك ، الثابت الأساسي لنظرية الكم.

جميع النيوترونات والإلكترونات والبروتونات ، والتي تتكون منها الذرة في الواقع ، وفقًا لما ذكره بلانك ، لها لف مغزلي يساوي ½. في بنية الذرة ، الإلكترونات التي تدور حول النواة ، بالإضافة إلى زخم الدوران ، لها أيضًا زخم زاوي مداري. على الرغم من أن النواة تحتل موقعًا ثابتًا ، إلا أنها تمتلك أيضًا زخمًا زاويًا ، يتم إنشاؤه بواسطة تأثير الدوران النووي.

يتم تحديد المجال المغناطيسي الذي يولد العزم المغناطيسي الذري أشكال مختلفةهذا الزخم الزاوي. إن تأثير الدوران هو الذي يجعل المساهمة الأكثر وضوحًا في الخلق. وفقًا لمبدأ باولي ، وفقًا لمبدأ باولي ، لا يمكن أن يكون إلكترونان متطابقان في نفس الحالة الكمومية في نفس الوقت ، تندمج الإلكترونات المقيدة ، بينما تكتسب عزم الدوران الخاص بها إسقاطات معاكسة تمامًا. في هذه الحالة ، يتم تقليل اللحظة المغناطيسية للإلكترون ، مما يقلل من الخصائص المغناطيسية للهيكل بأكمله. في بعض العناصر التي تحتوي على عدد زوجي من الإلكترونات ، تنخفض هذه اللحظة إلى الصفر ، وتتوقف المواد عن امتلاك خصائص مغناطيسية. وبالتالي ، فإن اللحظة المغناطيسية للجسيمات الأولية الفردية لها تأثير مباشر على الخصائص المغناطيسية للنظام الذري النووي بأكمله.

العناصر المغناطيسية الحديدية التي تحتوي على عدد فردي من الإلكترونات ستتمتع دائمًا بمغناطيسية غير صفرية بسبب إلكترون غير متزاوج. في مثل هذه العناصر ، تتداخل المدارات المجاورة ، وتتخذ جميع لحظات الدوران للإلكترونات غير المزدوجة نفس الاتجاه في الفضاء ، مما يؤدي إلى تحقيق أدنى حالة طاقة. تسمى هذه العملية تفاعل التبادل.

مع مثل هذا المحاذاة للحظات المغناطيسية للذرات المغناطيسية ، ينشأ مجال مغناطيسي. والعناصر البارامغناطيسية ، التي تتكون من ذرات ذات لحظات مغناطيسية مشوشة ، ليس لها مجال مغناطيسي خاص بها. لكن إذا تعاملت معهم بمصدر خارجي للمغناطيسية ، فستتوافق اللحظات المغناطيسية للذرات ، وستكتسب هذه العناصر أيضًا خصائص مغناطيسية.

تجارب ستيرن وجيرلاخ

في عام 1921 دولارًا ، طرح O. Stern فكرة تجربة لقياس العزم المغناطيسي للذرة. أجرى هذه التجربة بالتعاون مع W. Gerlach بمبلغ 1922 دولارًا أمريكيًا.تستخدم طريقة Stern و Gerlach حقيقة أن حزمة من الذرات (الجزيئات) قادرة على الانحراف في مجال مغناطيسي غير متجانس. يمكن اعتبار الذرة التي لها عزم مغناطيسي كمغناطيس أولي ذي أبعاد صغيرة ولكنها محدودة. إذا تم وضع هذا المغناطيس في مجال مغناطيسي موحد ، فلن يتعرض للقوة. سيعمل الحقل على القطبين الشمالي والجنوبي لمثل هذا المغناطيس بقوى متساوية في الحجم ومعاكسة في الاتجاه. نتيجة لذلك ، سيكون مركز القصور الذاتي للذرة في حالة راحة أو يتحرك في خط مستقيم. (في هذه الحالة ، يمكن أن يتأرجح محور المغناطيس أو يتأرجح). أي أنه في المجال المغناطيسي المنتظم لا توجد قوى تؤثر على الذرة وتعطيها التسارع. لا يغير المجال المغناطيسي المنتظم الزاوية بين اتجاهات تحريض المجال المغناطيسي والعزم المغناطيسي للذرة.

يختلف الوضع إذا كان المجال الخارجي غير متجانس. في هذه الحالة ، القوى التي تعمل على القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس غير متساوية. القوة الناتجة المؤثرة على المغناطيس غير صفرية ، وتضفي تسارعًا على الذرة ، على طول المجال أو ضده. نتيجة لذلك ، عند التحرك في مجال غير متجانس ، فإن المغناطيس قيد الدراسة سينحرف عن الاتجاه الأصلي للحركة. في هذه الحالة ، يعتمد حجم الانحراف على درجة عدم تجانس المجال. من أجل الحصول على انحرافات كبيرة ، يجب أن يتغير المجال بشكل حاد بالفعل ضمن حدود طول المغناطيس (الأبعاد الخطية للذرة هي $ \ تقريبًا (10) ^ (- 8) cm $). حقق المجربون مثل هذا التجانس بمساعدة تصميم المغناطيس ، الذي خلق المجال. بدا أحد المغناطيس في التجربة وكأنه شفرة ، والآخر كان مسطحًا أو به فترة راحة. تتكاثف الخطوط المغناطيسية عند "الشفرة" ، بحيث يكون التوتر في هذه المنطقة أكبر بكثير منه في القطب المسطح. طار شعاع رفيع من الذرات بين هذه المغناطيسات. انحرفت الذرات الفردية في المجال الذي تم إنشاؤه. لوحظت آثار الجسيمات الفردية على الشاشة.

وفقًا لمفاهيم الفيزياء الكلاسيكية ، في الحزمة الذرية ، يكون للعزم المغناطيسية اتجاهات مختلفة فيما يتعلق ببعض المحاور $ Z $. مما يعني أن إسقاط اللحظة المغناطيسية ($ p_ (mz) $) على هذا المحور يأخذ جميع قيم الفاصل الزمني من $ \ left | p_m \ right | $ to - $ \ left | p_m \ right | $ ( حيث $ \ left | p_ (mz) \ right | - $ معامل العزم المغناطيسي). على الشاشة ، يجب أن يتم توسيع الشعاع. ومع ذلك ، في فيزياء الكم ، إذا أخذنا في الاعتبار التكميم ، فلن تصبح كل اتجاهات العزم المغناطيسي ممكنة ، ولكن فقط عدد محدود منها. لذلك ، على الشاشة ، تم تقسيم أثر حزمة من الذرات إلى عدد معين من الآثار الفردية.

أظهرت التجارب التي تم إجراؤها ، على سبيل المثال ، انقسام شعاع من ذرات الليثيوم إلى حزم بقيمة 24 دولارًا. هذا مبرر ، لأن المصطلح الرئيسي $ Li - 2S $ هو مصطلح (إلكترون تكافؤ واحد له دوران $ \ frac (1) (2) \ $ على s -orbit ، $ l = 0). يمكن أن نستنتج الانقسام حول حجم العزم المغناطيسي. لذلك حصل غيرلاش على دليل على أن عزم الدوران المغناطيسي يساوي مغنطيس بور. أظهرت دراسات العناصر المختلفة اتفاقًا تامًا مع النظرية.

قام ستيرن ورابي بقياس اللحظات المغناطيسية للنواة باستخدام هذا النهج.

لذلك ، إذا كان الإسقاط $ p_ (mz) $ كميًا ، فسيتم تحديد مقدار القوة المتوسطة التي تعمل على الذرة من جانب المجال المغناطيسي معًا. أثبتت تجارب Stern و Gerlach تكميم إسقاط الرقم الكمومي المغناطيسي على المحور $ Z $. اتضح أن اللحظات المغناطيسية للذرات موجهة بالتوازي مع المحور $ Z $ ، ولا يمكن توجيهها بزاوية على هذا المحور ، لذلك كان علينا أن نقبل أن اتجاه اللحظات المغناطيسية بالنسبة إلى المجال المغناطيسي يتغير بشكل منفصل . هذه الظاهرة كانت تسمى التكميم المكاني. إن التحفظ ليس فقط في حالة الذرات ، ولكن أيضًا اتجاهات اللحظات المغناطيسية للذرة في مجال خارجي هو خاصية جديدة في الأساس لحركة الذرات.

تم شرح التجارب بشكل كامل بعد اكتشاف دوران الإلكترون ، عندما تلقوا أن العزم المغناطيسي للذرة ليس بسبب العزم المداري للإلكترون ، ولكن بسبب العزم المغناطيسي الداخلي للجسيم ، والذي يرتبط بداخله. العزم الميكانيكي (الدوران).

حساب حركة العزم المغناطيسي في مجال غير متجانس

دع الذرة تتحرك في مجال مغناطيسي غير متجانس ، فإن عزمها المغناطيسي هو $ (\ overrightarrow (p)) _ m $. القوة تعمل عليه:

بشكل عام ، تعتبر الذرة جسيمًا متعادلًا كهربائيًا ، لذلك لا تعمل عليها قوى أخرى في مجال مغناطيسي. من خلال فحص حركة ذرة في مجال غير متجانس ، يمكن قياس عزمها المغناطيسي. لنفترض أن الذرة تتحرك على طول المحور $ X $ ، يتم إنشاء حقل عدم تجانس في اتجاه المحور $ Z $ (الشكل 1):

الصورة 1.

\ frac () () \ frac () ()

باستخدام الشروط (2) ، يتم تحويل التعبير (1) إلى النموذج:

المجال المغناطيسي متماثل حول المستوى y = 0. يمكن افتراض أن الذرة تتحرك في هذا المستوى ، مما يعني أن $ B_x = 0. $ المساواة $ B_y = 0 $ تنتهك فقط في مناطق صغيرة على حواف المغناطيس (نحن نهمل هذا الانتهاك). مما سبق يترتب على ذلك:

في هذه الحالة ، يكون للتعبيرات (3) الشكل:

لا تؤثر حركة الذرات في المجال المغناطيسي على $ p_ (mz) $. تتم كتابة معادلة حركة الذرة في الفراغ بين المغناطيس بالشكل:

حيث $ m $ كتلة الذرة. إذا مرت الذرة بالمسار $ a $ بين المغناطيسين ، فإنها تنحرف عن المحور X بمسافة تساوي:

حيث $ v $ هي سرعة الذرة على طول المحور $ X $. مع ترك الفراغ بين المغناطيسين ، تستمر الذرة في التحرك بزاوية دون تغيير فيما يتعلق بالمحور $ X $ في خط مستقيم. في الصيغة (7) ، القيم $ \ frac (\ part B_z) (\ جزئي z) $ ، $ a $ ، $ v \ و \ m $ معروفة ، بقياس z يمكننا حساب $ p_ (mz) $.

مثال 1

ممارسه الرياضه:كم عدد المكونات ، عند إجراء تجربة مشابهة لتجربة ستيرن وجيرلاخ ، هل سينقسم شعاع الذرات إذا كانت في الحالة $ () ^ 3 (D_1) $؟

المحلول:

ينقسم المصطلح إلى $ N = 2J + 1 $ مستويات فرعية إذا كان عامل Lande $ g \ ne 0 $ ، حيث

لإيجاد عدد المكونات التي ينقسم إليها شعاع من الذرات ، يجب أن نحدد العدد الكمي الداخلي الكلي $ (J) $ ، المضاعفة $ (S) $ ، رقم الكم المداري ، قارن عامل الأرض مع الصفر ، وإذا كان غير صفري ، ثم احسب المستويات الفرعية للعدد.

1) للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك بنية السجل الرمزي لحالة الذرة ($ 3D_1 $). يتم فك تشفير مصطلحنا على النحو التالي: الرمز $ D $ يتوافق مع رقم الكم المداري $ l = 2 $ ، $ J = 1 $ ، مضاعفة $ (S) $ تساوي $ 2S + 1 = 3 \ to S = 1 دولار.

نحسب $ g ، $ باستخدام الصيغة (1.1):

عدد المكونات التي ينقسم إليها شعاع الذرات يساوي:

إجابه:ن = 3. دولار

مثال 2

ممارسه الرياضه:لماذا تم استخدام حزمة من ذرات الهيدروجين في حالة $ 1s في تجربة Stern و Gerlach لاكتشاف دوران الإلكترون؟

المحلول:

في حالة $ s- $ ، يكون الزخم الزاوي للإلكترون $ (L) $ صفرًا ، لأن $ l = 0 $:

تتناسب العزم المغناطيسي للذرة ، المرتبط بحركة الإلكترون في مداره ، مع العزم الميكانيكي:

\ [(\ overrightarrow (p)) _ m = - \ frac (q_e) (2m) \ overrightarrow (L) (2.2) \]

ومن ثم فهو صفر. هذا يعني أن المجال المغناطيسي يجب ألا يؤثر على حركة ذرات الهيدروجين في الحالة الأرضية ، أي تقسيم تدفق الجسيمات. ولكن عند استخدام الأدوات الطيفية ، فقد تبين أن خطوط طيف الهيدروجين تظهر وجود بنية دقيقة (مزدوجة) حتى لو لم يكن هناك مجال مغناطيسي. من أجل شرح وجود بنية دقيقة ، تم طرح فكرة الزخم الزاوي الميكانيكي الداخلي للإلكترون في الفضاء (الدوران).