Токи в атомах. Электрические токи в атомах и молекулах (Постоянное магнитное поле в веществе)

• Название: Электрические токи в атомах и молекулах (Постоянное магнитное поле в веществе)
• Дата: 30.11.2022
• Размер: 23.39 Kb.
• Имя файла: Токи в атомах.docx
• Тип: Документы; #820517

Электрические токи в атомах и молекулах

(Постоянное магнитное поле в веществе)

Согласно современным представлениям о строении атомов и молекул они состоят из положительно заряженных ядер и вращающихся вокруг них отрицательно заряженных электронов. Самой простой моделью атома является так называемая планетарная модель, в которой электроны рассматриваются как материальные точки, вращающиеся по круговым орбитам вокруг ядра. Эта модель позволяет в первом приближении объяснить магнитные свойства различных веществ (магнетиков).



Рисунок 1, К вычислению магнитного момента электрона в атоме

Итак, пусть электрон в атоме движется вокруг ядра по окружности (рис. 1). В таком случае электрон подобен круговому контуру с током и также характеризуется магнитным моментом p_m. Направление тока, создаваемого вращающимся электроном, противоположно направлению его скорости, так как электрон несёт отрицательный заряд – c. По определению вектор p_m перпендикулярен плоскости орбиты электрона, а его направление связано с направлением тока в контуре правилом правого винта. По определению модуль вектора p_m равен произведению силы тока на площадь контура:



Сила тока, создаваемого вращающимися по орбите электроном, равна отношению заряда к периоду T обращения электрона вокруг ядра:



Период T связан со скоростью v и длиной орбиты 2πr соотношением



– площадь круговой орбиты

При помощи этих соотношений найдём, что



Рассмотренный магнитный момент p_m электрона обусловлен его движением вокруг ядра и называется орбитальным магнитным моментом. В некотором смысле электрон подобен вращающемуся заряженному шарику. Поэтому электрон имеет ещё так называемый собственный магнитный момент.

В атомах и молекулах имеется несколько электронов. Магнитным моментом p_m молекулы (или атома) называется векторная сумма магнитных моментов, входящих в её состав электронов:



Где p_mi – магнитный момент i-го электрона, который равен сумме его орбитального и собственного магнитных моментов.

Магнитное поле, создаваемое токами, которые не входят в состав рассматриваемой системы, называется внешним по отношению к этой системе.

Молекула называется диамагнитной, если её магнитный момент в отсутствие внешнего поля равен нулю. Под действием внешнего магнитного поля диамагнитная молекула приобретает магнитный момент. Это явление называется намагничиванием. Молекула, магнитный момент которой не равен нулю, даже когда внешнего поля нет, называется парамагнитной. Такая молекула ведёт себя в магнитном поле, как рамка с током. Силы Ампера, с которыми магнитное поле действует на парамагнитную молекулу, стремятся развернуть молекулу так, чтобы её магнитный момент был направлен по полю, то есть в ту же сторону, что и вектор магнитной индукции. Этому препятствует тепловое движение молекул.

В атомах и молекулах электроны, движущиеся по одной орбите, образуют пары. Собственные магнитные моменты электронов в этих парах всегда направлены в противоположные стороны так, что их сумма равна нулю. Если число электронов в атоме или молекуле четное, то ее полный магнитный момент может оказаться равным нулю. Любой атом и молекула с нечетным числом электронов всегда парамагнитны.