Магнитный момент

Простейшей физической системой, имеющей магнитный момент является элементарная цепь электрического тока. Частным случаем магнитного момента является орбитальный момент – магнитный момент атома, который обусловлен вращением электронов вокруг ядра атома.

Намагничивание

Если сориентировать в определенном направлении вектор механического момента орбитального движения электронов (моментом импульса) всех атомов тела, то и вектор орбитального магнитного момента атома также упорядочивается. В этом случае тело намагнитится. Воспользовавшись этим выводом, американский физик С. Д. Барнет (1873-1956) намагнитил металлический цилиндр быстрым вращением относительно собственной оси (механомагнитный эффект). Действительно, атомы тела можно рассматривать как миниатюрные гироскопы. Во время вращения цилиндра механические моменты атомов возвращаются так, чтобы стать параллельными оси вращения в направлении вектора $ώ$:

При этом магнитные моменты атомов $p_{mo}$ установятся в противоположном направлении.

Опыт показал, что верхний конец цилиндра, намагничиваясь, становится северным полюсом, а нижний – южным. Он подтверждает наличие круговых молекулярных токов (которые предусматривал А.М. Ампер) и объясняет процесс намагничивания как результат их упорядочения.

Магнитомеханический эффект

Физик-теоретик А. Эйнштейн и голландский физик В. де Хаазе в 1915 провели опыт противоположного характера, в котором показали, что железный цилиндр, подвешенный в соленоиде на тонкой нити, под воздействием магнитного поля соленоида намагничивается и получает импульс вращения (магнитомеханический эффект):

Угол поворота определялся по отклонению светового «зайчика». С изменением направления тока в соленоиде железный цилиндр перемагничивается и возвращается в противоположную сторону. Чтобы увеличить угол поворота, использовался резонанс: намагничивание проводилось магнитным полем переменного тока с частотой, которая совпадала с частотой собственных крутильных колебаний цилиндра.

В процессе намагничивания цилиндра магнитные моменты упорядочиваются в направлении магнитного поля, при этом возвращаются также механические моменты. Поскольку поворотная система изолирована, по закону сохранения момента импульса цилиндр вращается в обратном направлении.

Магнетон Бора

Наряду с этим опыты показали, что действительное гиромагнитное отношение вдвое больше теоретического. Это свидетельствует о том, что кроме орбитальных моментов атомов есть и другие факторы, которые влияют на намагничивание тел. Позже выяснилось, что каждый электрон независимо от его состояния (в атоме или вне его) характеризуется собственным механическим моментом импульса, который иначе называют спином, и собственным магнитным моментом.

Эту величину, которая характеризует собственный магнитный момент электрона, называют магнетоном Бора - это элементарный магнитный момент численно равный 927,4⋅10−26 Дж/Тл.
Как выяснилось, спин электрона в магнитном поле может ориентироваться параллельно или антипараллельно относительно вектора напряженности магнитного поля. Спин присущий всем элементарным частицам.

Ядро атома также имеет магнитный момент, значение которого зависит от структуры ядра. Как показали измерения, магнитный момент ядра незначителен и мало влияет на магнитный момент атома в целом.

На Студворк вы можете заказать статью по физике онлайн у профильных экспертов!

Тест по теме «Магнитный момент»