Aniq tabiiy va jismoniy madaniyat

Moddaning magnit xossalari elektron va atomlarning magnit xossalari bilan aniqlanadi.
Magnitlar atomlardan iborat bo'lib, ular o'z navbatida musbat yadrolardan va nisbatan ular atrofida aylanadigan elektronlardan iborat.
Atomda aylanib yuruvchi elektron yopiq aylanaga teng orbital oqim :
qayerda e Elektronning zaryadi, n - uning orbitadagi aylanish chastotasi:
Orbital oqim mos keladi orbital magnit moment elektron

,

(6.1.1)

qayerda S - orbital maydoni, - birlik normal vektor ga S, Bu elektron tezligi. 6.1-rasmda elektronning orbital magnit momentining yo'nalishi ko'rsatilgan.

Orbita bo'ylab harakatlanadigan elektron mavjud orbital burchak momenti ga qarama-qarshi yo'naltirilgan va munosabat bilan bog'langan
qayerda m Elektronning massasi.
Bundan tashqari, elektron egalik qiladi o'ziga xos burchak impulsi qaysi deyiladi elektron spin

,

(6.1.4)

qayerda  ,  - Plank doimiysi
Elektron spin mos keladi aylanish magnit momenti qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan elektron:

,

(6.1.5)

Miqdor deyiladi aylanish momentlarining giromagnit nisbati
Tajriba shuni ko'rsatadiki, barcha moddalar magnitdir, ya'ni. tashqi magnit maydon ta'sirida o'zlarining ichki magnit maydonini yaratishga qodir (o'z magnit momentini oladi, magnitlanadi).
Jismlarning magnitlanishini tushuntirish uchun Amper moddalar molekulalarida doiraviy molekulyar oqimlar aylanishini taklif qildi. Har bir bunday mikrotok I i o'z magnit momentiga ega va uni o'rab turgan fazoda magnit maydon hosil qiladi (1-rasm). Tashqi maydon bo'lmasa, molekulyar oqimlar va ular bilan bog'liq oqimlar tasodifiy yo'naltirilgan, shuning uchun moddaning ichidagi hosil bo'lgan maydon va butun moddaning umumiy momenti nolga teng. Moddani tashqi magnit maydonga qo'yganda, molekulalarning magnit momentlari asosan bir yo'nalishda orientatsiyaga ega bo'ladi, umumiy magnit moment nolga teng bo'ladi va magnit magnitlangan bo'ladi. Alohida molekulyar oqimlarning magnit maydonlari endi bir-birini kompensatsiya qilmaydi va magnit ichida o'zining ichki maydoni paydo bo'ladi.
Keling, ushbu hodisaning sababini atomning sayyoraviy modeliga asoslangan atomlarning tuzilishi nuqtai nazaridan ko'rib chiqaylik. Rezerford fikricha, atomning markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan bo‘lib, uning atrofida manfiy zaryadlangan elektronlar harakatsiz orbitalarda aylanadi. Yadro atrofida aylana orbita bo'ylab harakatlanuvchi elektronni aylana tok (mikrotok) deb hisoblash mumkin. Ijobiy zaryadlarning harakat yo'nalishi shartli ravishda oqim yo'nalishi sifatida qabul qilingan va elektronning zaryadi manfiy bo'lganligi sababli, mikrotokning yo'nalishi elektronning harakat yo'nalishiga qarama-qarshidir (2-rasm).
I e mikrotokning kattaligini quyidagicha aniqlash mumkin. Agar t vaqt ichida elektron yadro atrofida N marta aylanishni amalga oshirgan bo'lsa, u holda elektron yo'lining istalgan joyida joylashgan maydon orqali zaryad o'tkazildi - elektronning zaryadi).
Hozirgi kuchning ta'rifiga ko'ra,
elektronning aylanish chastotasi qayerda.
Agar oqim I yopiq konturda oqsa, unda bunday halqa magnit momentga ega bo'lib, uning moduli
qayerda S- kontur bilan chegaralangan maydon.
Mikrotok uchun bu maydon orbital maydoni S = p r 2
(r - orbitaning radiusi), magnit momenti esa
bu yerda w = 2pn - siklik chastota, elektronning chiziqli tezligi.
Moment elektronning o'z orbitasidagi harakati bilan bog'liq, shuning uchun u elektronning orbital magnit momenti deb ataladi.
Elektronning orbitadagi harakati tufayli ega bo'lgan magnit momenti p m elektronning orbital magnit momenti deyiladi.
Vektorning yo'nalishi mikrotokning yo'nalishi bilan o'ng qo'lli tizimni hosil qiladi.
Doira bo'ylab harakatlanadigan har qanday moddiy nuqta singari, elektron ham burchak momentiga ega:
Elektronning orbitada harakati tufayli ega bo'lgan impuls momenti L momenti orbital mexanik moment deb ataladi. U elektronning harakat yo'nalishi bilan o'ng qo'l sistemasini hosil qiladi. 2-rasmdan ko'rinib turibdiki, vektorlarning yo'nalishlari va qarama-qarshidir.
Ma'lum bo'lishicha, elektronning orbital momentlaridan tashqari (ya'ni, orbitadagi harakat tufayli) o'ziga xos mexanik va magnit momentlari mavjud.
Dastlab ular elektronni o'z o'qi atrofida aylanadigan shar sifatida ko'rib, mavjudligini tushuntirishga harakat qildilar, shuning uchun elektronning o'z mexanik momentum momenti spin (inglizcha spindan - aylanish) deb ataldi. Keyinchalik bu fikr bir qator qarama-qarshiliklarga olib kelishi aniqlandi va "aylanuvchi" elektron haqidagi gipoteza rad etildi.
Elektronning spini va unga bog'liq bo'lgan ichki (spin) magnit momenti elektronning zaryadi va massasi kabi ajralmas xususiyati ekanligi aniqlandi.
Atomdagi elektronning magnit momenti orbital va spin momentlarining yig'indisiga teng:
Atomning magnit momenti uni tashkil etuvchi elektronlarning magnit momentlaridan iborat (yadroning magnit momenti kichikligi sababli e'tiborga olinmaydi):
Moddaning magnitlanishi.
Magnit maydondagi atom. Dia- va paramagnit effektlar.
Keling, tashqi magnit maydonning atomda harakatlanuvchi elektronlarga ta'sir qilish mexanizmini ko'rib chiqaylik, ya'ni. mikro oqimlarda.
Ma'lumki, oqim bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib, induksiyali magnit maydonga qo'yilganda, kuchlar momenti paydo bo'ladi.
ta'sirida kontur shunday yo'naltiriladiki, kontur tekisligi perpendikulyar, magnit moment esa vektor yo'nalishi bo'ylab bo'ladi
Elektron mikro oqim ham xuddi shunday harakat qiladi. Biroq, orbital mikrotokning magnit maydondagi yo'nalishi oqim halqasi bilan mutlaqo bir xil emas. Gap shundaki, yadro atrofida harakatlanadigan va burchak momentiga ega bo'lgan elektron tepaga o'xshaydi, shuning uchun u tashqi kuchlar ta'sirida giroskoplarning xatti-harakatlarining barcha xususiyatlariga, xususan, giroskopik effektga ega. Shuning uchun, atom magnit maydonga joylashtirilganda, elektronning orbital magnit momentini maydon yo'nalishi bo'ylab o'rnatishga intiladigan orbital mikrotokga moment ta'sir qila boshlaganida, yo'nalish atrofida vektorlarning presessiyasi sodir bo'ladi. vektor (giroskopik effekt tufayli). Ushbu presessiyaning chastotasi
chaqirdi Larmorova chastota va atomning barcha elektronlari uchun bir xil.
Shunday qilib, har qanday modda magnit maydonga joylashtirilganda, atomning har bir elektroni o'z orbitasining tashqi maydon yo'nalishi bo'ylab presessiyasi tufayli tashqi maydonga qarshi qaratilgan qo'shimcha induktsiyalangan magnit maydon hosil qiladi va uni zaiflashtiradi. Barcha elektronlarning induktsiyalangan magnit momentlari bir xil (vektorga qarama-qarshi) yo'naltirilganligi sababli, atomning umumiy induktsiya momenti ham tashqi maydonga qarshi qaratilgan.
Tashqi maydonga qarama-qarshi yo'naltirilgan va uni zaiflashtiradigan induksiyalangan magnit maydonning (tashqi magnit maydonda elektron orbitalarining presessiyasi natijasida yuzaga kelgan) magnitlarda paydo bo'lish hodisasi diamagnit effekt deb ataladi. Diamagnetizm tabiatning barcha moddalariga xosdir.
Diamagnetik ta'sir magnitlardagi tashqi magnit maydonning zaiflashishiga olib keladi.
Biroq, paramagnit deb ataladigan boshqa ta'sir ham mumkin. Magnit maydon bo'lmaganda, issiqlik harakati tufayli atomlarning magnit momentlari tasodifiy yo'naltiriladi va moddaning hosil bo'lgan magnit momenti nolga teng Bunday modda induksiya bilan bir xil magnit maydoniga kiritilganda, maydon atomlarning magnit momentlarini bo'ylab o'rnatishga intiladi, shuning uchun atomlarning (molekulalarning) magnit momentlarining vektorlari vektor yo'nalishi bo'ylab o'tadi. Issiqlik harakati va atomlarning o'zaro to'qnashuvi pretsessiyaning asta-sekin yemirilishiga va magnit momentlar vektorlari yo'nalishlari va vektor orasidagi burchaklarning pasayishiga olib keladi.Magnit maydon va issiqlik harakatining birgalikdagi ta'siri ustun yo'nalishga olib keladi. maydon bo'ylab atomlarning magnit momentlari
(4-rasm, b), qancha ko'p, qancha ko'p va kamroq bo'lsa, harorat shunchalik yuqori bo'ladi. Natijada, moddaning barcha atomlarining umumiy magnit momenti nolga teng bo'ladi, modda magnitlanadi va unda tashqi maydon bilan birgalikda yo'naltirilgan va uni kuchaytiradigan o'zining ichki magnit maydoni paydo bo'ladi.
Atomlarning magnit momentlarining tashqi maydon yoʻnalishi boʻyicha yoʻnalishi va uni kuchaytirishi natijasida yuzaga keladigan ichki magnit maydon magnitlarida paydo boʻlish hodisasi paramagnit effekt deyiladi.
Paramagnit ta'sir magnitlardagi tashqi magnit maydonning oshishiga olib keladi.
Har qanday modda tashqi magnit maydonga qo'yilsa, u magnitlanadi, ya'ni. dia- yoki paramagnit ta'sir tufayli magnit momentga ega bo'ladi, moddaning o'zida induksiya bilan o'zining ichki magnit maydoni (mikro oqimlar maydoni) mavjud.
Moddaning magnitlanishining miqdoriy tavsifi uchun magnitlanish tushunchasi kiritilgan.
Magnitning magnitlanishi magnitning birlik hajmining umumiy magnit momentiga teng vektor fizik miqdordir:
SIda magnitlanish A / m da o'lchanadi.
Magnitlanish moddaning magnit xususiyatlariga, tashqi maydonning kattaligiga va haroratga bog'liq. Ko'rinib turibdiki, magnitning magnitlanishi induksiya bilan bog'liq.
Tajriba shuni ko'rsatadiki, juda kuchli maydonlarda bo'lmagan ko'pchilik moddalar uchun magnitlanish magnitlanishni keltirib chiqaradigan tashqi maydon kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
Bu erda c - moddaning magnit sezgirligi, o'lchovsiz miqdor.
c qiymati qanchalik katta bo'lsa, ma'lum bir tashqi maydonda modda shunchalik magnitlangan bo'ladi.
Buni isbotlash mumkin
Materiyadagi magnit maydon ikkita maydonning vektor yig'indisidir: tashqi magnit maydon va mikro oqimlar tomonidan yaratilgan ichki yoki ichki magnit maydon. Moddadagi magnit maydonning magnit induktsiya vektori hosil bo'lgan magnit maydonni tavsiflaydi va tashqi va ichki magnit maydonlarining magnit induksiyalarining geometrik yig'indisiga teng:
Moddaning nisbiy magnit o'tkazuvchanligi ma'lum bir moddada magnit maydon induksiyasi necha marta o'zgarishini ko'rsatadi.
Ma'lum bir moddadagi magnit maydon bilan aynan nima sodir bo'lishi - u kuchayganmi yoki zaiflashganmi - berilgan moddaning atomi (yoki molekulasi) magnit momentining kattaligiga bog'liq.
Dia- va paramagnetlar. Ferromagnitlar.