52. Атом в магнитном поле. Магнитные моменты электронов и атомов. Орбитальный и спиновой магнитные моменты.

П ри внесении атома в магнитное поле с индукцией B на электрон, движущийся по орбите, эквивалентной замкнутому контуру с током, действует момент сил M: При этом изменяется орбитальный момент импульса электрона: Аналогично изменяется вектор орбитального магнитного момента электрона: Из этого следует, что векторы Le и Pm , и сама орбита прецессирует вокруг направления вектора B. На рисунке 6.2 показано прецессионное движение электрона и его орбитального магнитного момента, а также дополнительное (прецессионное) движение электрона. Эта прецессия называется ларморовской прецессией. Угловая скорость этой прецессии ω_L зависит только от индукции магнитного поля и совпадает с ней по направлению. Теорема Лармора: единственным результатом влияния магнитного поля на орбиту электрона в атоме является прецессия орбиты и вектора Pm – орбитального магнитного момента электрона с угловой скоростью ω_L вокруг оси, проходящей через ядро атома параллельно вектору индукции магнитного поля. Прецессия орбиты электрона в атоме приводит к появлению дополнительного орбитального тока, направленного противоположно току I: и соответствующего ему наведенного орбитального магнитного момента ∆Pm где S – площадь проекции орбиты электрона на плоскость, перпендикулярную вектору B. Знак минус говорит, что ∆Pm противоположен вектору B . Тогда общий орбитальный момент атома равен:

53. Намагниченность. Микротоки и макротоки. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость среды.

Если обозначить суммарный магнитный момент некоторого объема V через , то можно считать, что для диамагнетика  . для парамагнетика  . но и в том и в другом случае     . Рассматривать в качестве характеристики суммарный магнитный момент вещества в объеме V неудобно, поскольку он зависит от значения объема, более удобной, не зависящей от объема вещества. Такую характеристику называют намагниченностью (или вектором намагничения) . Намагниченность - вектор, неаправленный также как и суммарный магнитный момент вещества, и равный отношению суммарного момента некоторого объема вещества к этому объему: = . Пусть какое-либо диамагнитное вещество внесено во внешнее магнитное поле напряженности (аналогичным образом можно рассматривать и парамагнитные вещества). При этом возникает внутреннее магнитное поле, напряженностью ’. Для диамагнетика  ’. Поскольку все наведенные магнитные моменты ориентированы в одном направлении, можно считать, что они связаны с внутренними микротоками, текущими п плоскости, перпендикулярной ’. В этом случае вектор намагниченности можно представить в следующем виде = , где N - число микротоков в объеме V, а - магнитный момент, создаваемый каждым микротоком, причем     . Следовательно,    . Эту зависимость можно представить в виде равенства: P_m = H, где постоянная  - магнитная восприимчивость. Эта физическая величина характеризует степень намагничения вещества во внешнем магнитном поле напряженностью, равной единице. Для любых диамагнетиков магнитная восприимчивость  < 0 ( магнитная проницаемость  < 1), для парамагнетиков  > 0 ( >1).Магнитная восприимчивость - это характеристика вещества, магнитная проницаемость - характеристика магнитного поля в веществе. Между этими величинами существует связь. В любом сечении S, перпендикулярном оси, микротоки взаимно компенсируются, за исключением токов, текущих по периметру сечения, т.е. по боковой поверхности, подобной току в соленоиде. Они создают внутри цилиндра поле, направленность которого можно вычислить по формуле длинного соленоида: H’ = n_o i, где i - сила микротока, n_o - число токов на единицу длины цилиндра. Обозначим произведение n_o i через i_o ( i_o - сила тока через единицу длины цилиндра), тогда суммарный ток по боковой поверхности цилиндра длиной будет равен i_o , а суммарный магнитный момент объема образца будет определяться магнитным моментом этого тока . Тогда намагниченность можно определить как P_m = = =i_o , но H’ = i_o , следовательно, H’ = P_m.Суммарное поле микротоков и макротоков в образце модно охарактеризовать через вектор индукции магнитного поля ,тогда = , но с другой стороны: , следовательно, .