Магнитный момент и намагничивание магнетика

Магнитный момент и намагничивание магнетика

Согласно модели Резерфорда — Бора в яд­ре атома есть положительный заряд, а вокруг ядра движутся отрицательные заряды — элект­роны. При своем движении каждый из электро­нов образует электрический ток, вокруг кото­рого создается магнитное поле. Круговой ток равноценен маленькому магниту, который ха­рактеризуется вектором магнитного момента Р_м. Численно он равен произве­дению силы тока на площадь, обтекаемую им:

 Вектор магнитного момента направлен пер­пендикулярно к плоскости вращения электро­на. Каждый из электронов атома движется по своей орбите, орбиты же лежат в разных плос­костях. Если векторы магнитных моментов сложить, получится результирующий вектор — орбитальный магнитный мо­мент атома.

Из механики известно, что вращающееся тело обладает моментом количества движения. Если на тело не действует момент внешней си­лы, то момент количества движения сохраня­ется. Отсюда ясно, что и атом благодаря дви­жению электронов вокруг ядра имеет механи­ческий момент количества движения. А так как при этом образуются круговые токи, то сущест­вует и магнитный момент.

Существование магнитного момента дока­зывается опытом, который провели Эйн­штейн и де-Гааз. Металлический цилиндр под­вешен за ось так, что может вращаться. На цилиндр намотана проволока, концы которой соединены с электрическим генератором. Когда включают ток, цилиндр начинает вращаться. Это видно по движению светового пучка, кото­рый отражается зеркальцем, укрепленным на оси цилиндра. Какие же силы вращают цилиндр? При включении тока цилиндр намагничивается, т. е. магнитные моменты атомов ориентируются в металле по направлению магнитного поля, которое создается обмоткой. При этом у каж­дого атома вектор момента количества движе­ния меняет направление, а значит, меняется и величина механического момента количества движения всех атомов. Согласно закону сохранения момента количества движения цилиндр не может оставаться в покое.

Опыт подтверждает, что в атомах сущест­вуют магнитные моменты, но результаты опы­тов не совпадают с теоретическими расчетами. Теоретически должны получаться меньшие ве­личины. После тщательных поисков причину расхождения нашли. Электрон, двигаясь вокруг ядра, вращается, подобно Земле, и вокруг сво­ей оси. Это вращение создает его собственный магнитный момент — спин. Таким образом, маг­нитный момент атома складывается как из ор­битальных моментов его электронов, так и из их спинов.

Сумма векторов зависит от их направлений. Не исключено, что у атомов некоторых веществ, например у висмута, эта сумма равняется ну­лю. Вещество, у атомов которого магнитный момент равен нулю, называется диамагнетиком; если же магнитный момент у атомов отличается от нуля, вещество называется парамагнетиком.

Среди парамагнетиков выделяются фер­ромагнетики. В больших группах их атомов магнитные моменты даже в ненамаг­ниченном состоянии вещества направлены в одну сторону (рис. 26, а). Намагничивание связано с ориентацией магнитных моментов вдоль поля. В обычном парамагнетике (рис.26, б) каждый магнитный момент устанав­ливается самостоятельно, а в ферромагнетике ориентируется целыми областями.

Что же касается диамагнетиков (рис. 26, в), то под действием магнитного поля на движущие­ся заряды (сила Лоренца) электроны их вещества приобретают добавочное движение; в ре­зультате этого возникает магнитный момент, направленный против поля. Поле выталкивает диамагнетик, и он устанавливается, как дока­зал Фарадей, перпендикулярно полю.

• ЭЛЕКТРОНИКА   

• Электронная природа тока в металле  
• Опыт Милликена 
• Сила Лоренца 
• Электрический момент и поляризация диэлектрика 
• Магнитный момент и намагничивание магнетика