2.6.3. Спин электрона. Спиновый магнитный момент.

Для объяснения опытов Эйнштейна и де-Хааса, Барнетта в 1928 году Гаудсмит и Юленбек выдвинули предположение о том, что электрон обладает собственным магнитным моментом и собственным механическим моментом импульса отношение которых

. 6.5

Собственный механический момент импульса электрона получил название спина. Спин – внутренний момент импульса микрочастицы, имеет квантовую природу и не связан с движением частицы как целого.

Изучение тонкой структуры спектральных линий атомов показало, что спин электрона равен , где - постоянная Планка и присущ ему, так же как и заряд и масса, т.е.

. 6.6

В соответствии с 6.5. и 6.6 собственный магнитный момент электрона

. 6.7

Величину называют магнетоном Бора. Следовательно, собственный магнитный момент электрона равен одному магнетону Бора.

Магнитный момент атома слагается из орбитальных моментов электронов, входящих в его состав и магнитного момента ядра. Магнитный момент ядра достаточно мал и поэтому, при рассмотрении многих вопросов им можно пренебречь и считать, что магнитный момент атома равен векторной сумме магнитных моментов электронов.

3.6.3. Структура электронных оболочек атомов.

Заполнение электронных оболочек сложных атомов объясняется на основе принципа Паули, сформулированного им в 1925 году.

Предполагается, что в одном квантовом состоянии, определяющимся тремя квантовыми числами может находиться не более двух электронов с различными направлениями спина. Итак, состояние электрона в атоме определяется четырьмя квантовыми числами , которые могут принимать следующие значения:

главное квантовое число ,

орбитальное квантовое число ,

магнитное квантовое число ,

спиновое квантовое число .

При нормальной последовательности заполнения слоев с увеличением атомного номера элемента сначала заполняются слои с меньшими номерами, а потом с более отдаленными.

Нормальный порядок заполнения не всегда имеет место, он нарушается в 3d слое. Элементы, имеющие не полностью заполненные d состояния, называются переходными.

Определение полного магнитного момента атома существенно облегчается в связи с тем, что у заполненных подслоев как орбитальные, так и спиновые магнитные моменты электронов скомпенсированы. Поэтому при определении магнитного момента атома надо учитывать только не полностью заполненные электронные слои.

4.6.3. Гипотеза Ампера. Объемные и поверхностные токи.

Для объяснения намагничивания вещества Ампер предположил, что в молекулах вещества циркулируют круговые токи. Каждый такой ток обладает магнитным моментом и создает магнитное поле. В отсутствии внешнего магнитного поля эти токи разориентированы и их результирующее поле равно нулю. Во внешнем магнитном поле эти токи ориентируются так, что их магнитные моменты направлены по полю и в результате внутри вещества элементарные токи направлены навстречу друг другу и компенсируются. Лишь на поверхности вещества эти токи имеют одно направление и складываются. Этот ток получил название поверхностного тока. Этот ток можно рассматривать как ток в катушке, что мы и будем делать в дальнейшем.