Sabe-se que um campo magnético tem um efeito de orientação em uma estrutura que transporta corrente, e a estrutura gira em torno de seu eixo. Isso acontece porque em um campo magnético um momento de força atua sobre o referencial igual a:
Aqui B é o vetor de indução do campo magnético, é a corrente no referencial, S é sua área e a é o ângulo entre as linhas de força e a perpendicular ao plano do referencial. Esta expressão inclui o produto , que é chamado de momento de dipolo magnético ou simplesmente momento magnético do quadro. Acontece que a magnitude do momento magnético caracteriza completamente a interação do quadro com o campo magnético. Dois quadros, um dos quais tem uma corrente grande e uma área pequena, e o outro tem uma área grande e uma corrente pequena, se comportarão da mesma maneira em um campo magnético se seus momentos magnéticos forem iguais. Se o quadro for pequeno, sua interação com o campo magnético não depende de seu formato.
É conveniente considerar o momento magnético como um vetor localizado em uma linha perpendicular ao plano do referencial. A direção do vetor (para cima ou para baixo ao longo desta linha) é determinada pela “regra do verruma”: o verruma deve ser posicionado perpendicularmente ao plano do quadro e girado na direção da corrente do quadro - a direção do movimento do gimlet indicará a direção do vetor de momento magnético.
Assim, o momento magnético é um vetor perpendicular ao plano do referencial.
Agora vamos visualizar o comportamento do quadro num campo magnético. Ela se esforçará para mudar assim. de modo que seu momento magnético seja direcionado ao longo do vetor de indução do campo magnético B. Um pequeno quadro com corrente pode ser usado como um simples “dispositivo de medição” para determinar o vetor de indução do campo magnético.
O momento magnético é um conceito importante na física. Os átomos contêm núcleos em torno dos quais os elétrons giram. Cada elétron movendo-se ao redor do núcleo, como uma partícula carregada, cria uma corrente, formando, por assim dizer, uma estrutura microscópica com corrente. Vamos calcular o momento magnético de um elétron movendo-se em uma órbita circular de raio r.
Corrente elétrica, ou seja, a quantidade de carga que é transferida por um elétron em órbita em 1 s, é igual à carga do elétron e multiplicada pelo número de revoluções que ele realiza:
Portanto, a magnitude do momento magnético do elétron é igual a:
Pode ser expresso em termos do momento angular do elétron. Então a magnitude do momento magnético do elétron associado ao seu movimento ao longo da órbita, ou, como se costuma dizer, a magnitude do momento magnético orbital, é igual a:
Um átomo é um objeto que não pode ser descrito pela física clássica: para objetos tão pequenos, aplicam-se leis completamente diferentes - as leis da mecânica quântica. No entanto, o resultado obtido para o momento magnético orbital do elétron é o mesmo que na mecânica quântica.
A situação é diferente com o momento magnético do próprio elétron - spin, que está associado à sua rotação em torno de seu eixo. Para o spin de um elétron, a mecânica quântica fornece um momento magnético 2 vezes maior que a física clássica:
e esta diferença entre os momentos magnéticos orbitais e de spin não pode ser explicada do ponto de vista clássico. O momento magnético total de um átomo é a soma dos momentos magnéticos orbitais e de spin de todos os elétrons e, como diferem por um fator de 2, um fator que caracteriza o estado do átomo aparece na expressão para o momento magnético de um átomo :
Assim, um átomo, como um quadro comum com corrente, tem um momento magnético e, em muitos aspectos, seu comportamento é semelhante. Em particular, como no caso de um referencial clássico, o comportamento de um átomo num campo magnético é completamente determinado pela magnitude do seu momento magnético. A este respeito, o conceito de momento magnético é muito importante para explicar vários fenómenos físicos que ocorrem com a matéria num campo magnético.
Momento magnético a principal quantidade que caracteriza as propriedades magnéticas de uma substância. A fonte do magnetismo, de acordo com a teoria clássica dos fenômenos eletromagnéticos, são as macro e microcorrentes elétricas. A fonte elementar de magnetismo é considerada uma corrente fechada. Da experiência e da teoria clássica do campo eletromagnético segue-se que as ações magnéticas de uma corrente fechada (circuito com corrente) são determinadas se o produto ( M) força atual eu por área de contorno σ ( M = euσ /c no sistema de unidades CGS (ver sistema de unidades CGS), Com -
velocidade da luz). Vetor M e é, por definição, M. Também pode ser escrito de outra forma: M = eu, Onde m- carga magnética equivalente do circuito, e eu- a distância entre as “cargas” de sinais opostos (+ e -
). Partículas elementares, núcleos atômicos e as camadas eletrônicas de átomos e moléculas possuem magnetismo. A força molecular das partículas elementares (elétrons, prótons, nêutrons e outros), como demonstrou a mecânica quântica, é devida à existência de seu próprio torque mecânico – Spin a. As forças magnéticas dos núcleos são compostas pelas forças magnéticas intrínsecas (spin) dos prótons e nêutrons que formam esses núcleos, bem como pelas forças magnéticas associadas ao seu movimento orbital dentro do núcleo. As massas moleculares das camadas eletrônicas de átomos e moléculas são compostas de spin e massas magnéticas orbitais de elétrons. O momento magnético de spin de um elétron m sp pode ter duas projeções iguais e com direções opostas na direção do campo magnético externo N. Magnitude absoluta da projeção onde μ pol = (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg/gs - Magneton de boro, h-
Constante de prancha , e E eu e - carga e massa do elétron, Com- velocidade da luz; S H - projeção do momento mecânico de spin na direção do campo H. O valor absoluto do spin M. m. Onde é= 1/2 - número quântico de spin (ver números quânticos). A relação entre o magnetismo de spin e o momento mecânico (spin) desde giro Estudos de espectros atômicos mostraram que m H sp é na verdade igual não a m in, mas a m in (1 + 0,0116). Isso se deve ao efeito sobre o elétron das chamadas oscilações do ponto zero do campo eletromagnético (ver Eletrodinâmica quântica, Correções radiativas).
O momento orbital de um orbe de elétrons está relacionado ao momento orbital mecânico orbe pela relação g opb = |m orbe | / | orbe | = | e|/2eu e c, isto é, a razão magnetomecânica g opb é duas vezes menor que g cp. A mecânica quântica permite apenas uma série discreta de possíveis projeções de m orbs na direção do campo externo (a chamada quantização espacial): m H orb = m l m in ,
onde m eu -
número quântico magnético tomando 2 eu+ 1 valores (0, ±1, ±2,..., ± eu, Onde eu-
número quântico orbital). Em átomos multieletrônicos, o magnetismo orbital e de spin são determinados por números quânticos eu E S momentos totais orbitais e de spin. A adição destes momentos é realizada de acordo com as regras de quantização espacial. Devido à desigualdade das relações magnetomecânicas para o spin do elétron e seu movimento orbital ( g cn¹ g opb) o MM resultante da camada atômica não será paralelo ou antiparalelo ao seu momento mecânico resultante J..
Portanto, o componente do MM total é frequentemente considerado na direção do vetor J., igual a Onde g J é a razão magnetomecânica da camada de elétrons, J.- número quântico angular total. A massa molecular de um próton cujo spin é igual a Onde PM- massa do próton, que é 1836,5 vezes maior eu e, m veneno - magneton nuclear, igual a 1/1836,5m pol. O nêutron não deveria ter magnetismo, pois não tem carga. No entanto, a experiência mostrou que a massa molecular de um próton é m p = 2,7927m veneno, e a de um nêutron é m n = -1,91315m veneno. Isto se deve à presença de campos de mésons próximos aos núcleons, que determinam suas interações nucleares específicas (ver Forças nucleares, mésons) e afetam suas propriedades eletromagnéticas. As massas moleculares totais de núcleos atômicos complexos não são múltiplos de m ou m p e m n. Assim, M. m. núcleos de potássio Para caracterizar o estado magnético dos corpos macroscópicos, é calculado o valor médio da massa magnética resultante de todas as micropartículas que formam o corpo. A magnetização por unidade de volume de um corpo é chamada de magnetização. Para macrocorpos, especialmente no caso de corpos com ordenação magnética atômica (ferro-, ferri- e antiferromagnetos), o conceito de magnetismo atômico médio é introduzido como o valor médio do magnetismo por um átomo (íon) - o portador do magnetismo. no corpo. Em substâncias com ordem magnética, esses magnetismos atômicos médios são obtidos como o quociente da magnetização espontânea de corpos ferromagnéticos ou sub-redes magnéticas em ferri- e antiferromagnetos (na temperatura zero absoluto) dividido pelo número de átomos que carregam o magnetismo por unidade de volume. Normalmente, essas massas moleculares atômicas médias diferem das massas moleculares de átomos isolados; seus valores em magnetons de Bohr m acabam sendo fracionários (por exemplo, na transição d-metais Fe, Co e Ni, respectivamente, 2,218 m in, 1,715 m in e 0,604 m in). mudança no movimento dos elétrons d (portadores de magnitude) em um cristal em comparação com o movimento em átomos isolados. No caso de metais de terras raras (lantanídeos), bem como de compostos ferro ou ferrimagnéticos não metálicos (por exemplo, ferritas), as camadas d ou f inacabadas da camada de elétrons (os principais transportadores atômicos do molecular massa) de íons vizinhos no cristal se sobrepõem fracamente, então não há coletivização perceptível destes. Não há camadas (como em d-metais), e o peso molecular de tais corpos varia pouco em comparação com átomos isolados. A determinação experimental direta do magnetismo em átomos de um cristal tornou-se possível como resultado do uso de difração magnética de nêutrons, radioespectroscopia (NMR, EPR, FMR, etc.) e do efeito Mössbauer. Para os paramagnetos, também é possível introduzir o conceito de magnetismo atômico médio, que é determinado através da constante de Curie encontrada experimentalmente, que está incluída na expressão da lei de Curie a ou da lei de Curie-Weiss a (ver Paramagnetismo). Aceso.: Tamm I.E., Fundamentos da teoria da eletricidade, 8ª ed., M., 1966; Landau LD e Lifshits EM, Eletrodinâmica de mídia contínua, M., 1959; Dorfman Ya. G., Propriedades magnéticas e estrutura da matéria, M., 1955; Vonsovsky S.V., Magnetismo de micropartículas, M., 1973. S. V. Vonsovsky. Grande Enciclopédia Soviética. - M.: Enciclopédia Soviética.
1969-1978
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Veja o que é “momento magnético” em outros dicionários:
Dimensão L2I Unidades SI A⋅m2 ... Wikipedia
A principal quantidade que caracteriza o ímã. propriedades em va. A fonte do magnetismo (M. m.), segundo o clássico. teorias de el. revista. fenômenos, fenômenos macro e micro(atômico) elétrico. correntes. Elem. A fonte de magnetismo é considerada uma corrente fechada. Da experiência e do clássico... ... Enciclopédia física
Grande Dicionário Enciclopédico
TORQUE MAGNÉTICO, medição da força de um ímã permanente ou bobina condutora de corrente. É a força giratória máxima (torque giratório) aplicada a um ímã, bobina ou carga elétrica em um CAMPO MAGNÉTICO dividida pela força do campo. Carregada... ... Dicionário enciclopédico científico e técnico
MOMENTO MAGNÉTICO- físico uma quantidade que caracteriza as propriedades magnéticas de corpos e partículas de matéria (elétrons, núcleons, átomos, etc.); quanto maior o momento magnético, mais forte (veja) o corpo; momento magnético determina magnético (ver). Já que todo elétrico... ... Grande Enciclopédia Politécnica
- (Momento magnético) o produto da massa magnética de um determinado íman e a distância entre os seus pólos. Samoilov K. I. Dicionário marinho. M. L.: Editora Naval Estadual do NKVMF da URSS, 1941 ... Dicionário Marinho
momento magnético- Har ka mag. St. em corpos, convencionais expressar. Produção valores magnéticos carga em cada pólo até uma distância entre os pólos. Tópicos: metalurgia em geral EN momento magnético... Guia do Tradutor Técnico
Uma grandeza vetorial que caracteriza uma substância como fonte de um campo magnético. O momento magnético macroscópico é criado por correntes elétricas fechadas e momentos magnéticos ordenados de partículas atômicas. Micropartículas têm orbitais ... dicionário enciclopédico
MOMENTO MAGNÉTICO- é a grandeza básica que caracteriza as propriedades magnéticas de uma substância. A corrente elétrica é considerada a fonte elementar de magnetismo. O vetor determinado pelo produto da intensidade da corrente e a área do circuito fechado de corrente é o momento magnético. Por… … Paleomagnetologia, petromagnetologia e geologia. Livro de referência de dicionário.
momento magnético- elektromagnetinis momentas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vektorinis dydis, kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momentui: m · B = T; čia m – magnetinio momento vektorius, B… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
O momento magnético de uma bobina com corrente é uma grandeza física, como qualquer outro momento magnético, que caracteriza as propriedades magnéticas de um determinado sistema. No nosso caso, o sistema é representado por uma bobina circular com corrente. Esta corrente cria um campo magnético que interage com o campo magnético externo. Este pode ser o campo da terra ou o campo de um eletroímã permanente.
Desenho— 1 volta circular com corrente
Uma bobina circular com corrente pode ser representada como um ímã curto. Além disso, este ímã será direcionado perpendicularmente ao plano da bobina. A localização dos pólos de tal ímã é determinada usando a regra de verruma. Segundo o qual o norte positivo estará localizado atrás do plano da bobina se a corrente nela se mover no sentido horário.
Desenho— 2 Tira magnética imaginária no eixo da bobina
Este ímã, ou seja, nossa bobina circular com corrente, como qualquer outro ímã, será afetado por um campo magnético externo. Se este campo for uniforme, surgirá um torque que tenderá a girar a bobina. O campo girará a bobina de modo que seu eixo fique localizado ao longo do campo. Neste caso, as linhas de campo da própria bobina, como um pequeno ímã, devem coincidir na direção com o campo externo.
Se o campo externo não for uniforme, então o movimento translacional será adicionado ao torque. Esse movimento ocorrerá devido ao fato de que seções do campo com maior indução atrairão mais nosso ímã em forma de bobina do que áreas com menor indução. E a bobina começará a se mover em direção ao campo com maior indução.
A magnitude do momento magnético de uma bobina circular com corrente pode ser determinada pela fórmula.
Fórmula - 1 Momento magnético de uma curva
Onde, eu é a corrente que flui através da curva
Área S da curva com corrente
n normal ao plano em que a bobina está localizada
Assim, fica claro pela fórmula que o momento magnético de uma bobina é uma grandeza vetorial. Ou seja, além da magnitude da força, ou seja, do seu módulo, ela também tem uma direção. O momento magnético recebeu esta propriedade devido ao fato de incluir o vetor normal ao plano da bobina.
Para consolidar o material, você pode realizar um experimento simples. Para fazer isso, precisamos de uma bobina circular de fio de cobre conectada à bateria. Neste caso, os fios de alimentação devem ser suficientemente finos e preferencialmente torcidos entre si. Isso reduzirá seu impacto na experiência.
Desenho—
Agora vamos pendurar a bobina nos fios de alimentação em um campo magnético uniforme criado, digamos, por ímãs permanentes. A bobina ainda está desenergizada e seu plano é paralelo às linhas de campo. Neste caso, seu eixo e pólos do ímã imaginário serão perpendiculares às linhas do campo externo.
Desenho—
Quando a corrente é aplicada à bobina, seu plano ficará perpendicular às linhas de força do ímã permanente e o eixo ficará paralelo a elas. Além disso, o sentido de rotação da bobina será determinado pela regra de gimlet. E, estritamente falando, a direção em que a corrente flui ao longo da curva.
No parágrafo anterior, constatou-se que o efeito de um campo magnético sobre um circuito plano com corrente é determinado pelo momento magnético do circuito, igual ao produto da intensidade da corrente no circuito pela área do circuito (ver fórmula (118.1)).
A unidade de momento magnético é o amperímetro quadrado (). Para se ter uma ideia desta unidade, destacamos que com uma intensidade de corrente de 1 A, um contorno circular com raio de 0,564 m () ou um circuito quadrado com lado do quadrado igual a 1 m tem um campo magnético momento igual a 1. Com uma intensidade de corrente de 10 A, um contorno circular tem um momento magnético de 1 raio de contorno 0,178 m ( 
) etc
Um elétron movendo-se em alta velocidade em uma órbita circular é equivalente a uma corrente circular, cuja intensidade é igual ao produto da carga do elétron pela frequência de rotação do elétron na órbita: . Se o raio orbital for e a velocidade do elétron for, então e, portanto,. O momento magnético correspondente a esta corrente é
O momento magnético é uma grandeza vetorial direcionada normal ao contorno. Das duas direções possíveis da normal, seleciona-se aquela que está relacionada à direção da corrente no circuito pela regra do parafuso direito (Fig. 211). A rotação de um parafuso com rosca direita em uma direção que coincide com a direção da corrente no circuito causa um movimento longitudinal do parafuso na direção. O normal escolhido desta forma é denominado positivo. Supõe-se que a direção do vetor coincide com a direção da normal positiva.
Arroz. 211. A rotação da cabeça do parafuso na direção da corrente faz com que o parafuso se mova na direção do vetor
Agora podemos esclarecer a definição da direção da indução magnética. A direção da indução magnética é considerada a direção na qual, sob a influência do campo, é estabelecida uma normal positiva ao circuito condutor de corrente, ou seja, a direção na qual o vetor é estabelecido.
A unidade SI de indução magnética é chamada tesla (T), em homenagem ao cientista sérvio Nikola Tesla (1856-1943). Um tesla é igual à indução magnética de um campo magnético uniforme, no qual um torque máximo de um newton metro atua sobre um circuito plano de transporte de corrente com um momento magnético de um amperímetro quadrado.
Da fórmula (118.2) segue-se que
119.1. Um circuito circular de raio 5 cm, através do qual flui uma corrente de 0,01 A, experimenta um torque máximo igual a N×m em um campo magnético uniforme. Qual é a indução magnética deste campo?
119.2. Que torque atua no mesmo contorno se a normal ao contorno forma um ângulo de 30° com a direção do campo?
119.3. Encontre o momento magnético da corrente criada por um elétron movendo-se em uma órbita circular de raio m com uma velocidade de m/s. A carga de um elétron é Cl.
Kikoin A. K. Momento magnético da corrente // Quantum. - 1986. - Nº 3. - P. 22-23.
Por acordo especial com o conselho editorial e editores da revista "Kvant"
Do curso de física do nono ano (“Física 9”, § 88) sabe-se que para um condutor reto de comprimento eu com corrente EU, se for colocado em um campo magnético uniforme com indução \(~\vec B\), uma força \(~\vec F\) atua igual em magnitude
\(~F = BIl \sin \alpha\) ,
Onde α - o ângulo entre a direção da corrente e o vetor de indução magnética. Esta força é direcionada perpendicularmente ao campo e à corrente (de acordo com a regra da mão esquerda).
Um condutor reto é apenas parte de um circuito elétrico, pois a corrente elétrica está sempre fechada. Como atua um campo magnético sobre uma corrente fechada, ou mais precisamente, sobre um circuito fechado com corrente?
A Figura 1 mostra, como exemplo, um contorno em forma de moldura retangular com lados a E b, ao longo do qual a corrente flui na direção indicada pelas setas EU.
O referencial é colocado em um campo magnético uniforme com indução \(~\vec B\) de modo que no momento inicial o vetor \(~\vec B\) esteja no plano do referencial e seja paralelo aos seus dois lados. Considerando cada lado da moldura separadamente, descobrimos que os lados (comprimento A) as forças estão agindo de forma igual em magnitude F = BIA e direcionados em direções opostas. As forças não atuam nos outros dois lados (para eles o pecado α = 0). Cada uma das forças F em relação ao eixo que passa pelos pontos médios dos lados superior e inferior da estrutura, cria um momento de força (torque) igual a \(~\frac(BIab)(2)\) (\(~\frac(b) (2)\) - força dos ombros). Os sinais dos momentos são iguais (ambas as forças giram a estrutura na mesma direção), então o torque total Mé igual a BIab, ou, uma vez que o produto ab igual à área S estrutura,
\(~M = BIab = BIS\) .
Sob a influência deste momento, o quadro começará a girar (se visto de cima, então no sentido horário) e girará até que seu plano se torne perpendicular ao vetor de indução \(~\vec B\) (Fig. 2).
Nesta posição, a soma das forças e a soma dos momentos das forças são iguais a zero, e o referencial está em um estado de equilíbrio estável. (Na verdade, o quadro não irá parar imediatamente - durante algum tempo ele irá oscilar em torno da sua posição de equilíbrio.)
Não é difícil mostrar (faça você mesmo) que em qualquer posição intermediária, quando a normal ao plano de contorno forma um ângulo arbitrário β com indução de campo magnético, o torque é igual a
\(~M = BIS \sin \beta\) .
A partir desta expressão fica claro que para um determinado valor de indução de campo e para uma determinada posição do circuito com corrente, o torque depende apenas do produto da área do circuito S na força atual EU nele. Tamanho É e é chamado de momento magnético do circuito condutor de corrente. Mais precisamente, Éé a magnitude do vetor momento magnético. E este vetor é direcionado perpendicularmente ao plano do circuito e de tal forma que se você girar mentalmente o verruma na direção da corrente no circuito, então a direção do movimento de translação do verruma indicará a direção do momento magnético. Por exemplo, o momento magnético do circuito mostrado nas Figuras 1 e 2 é direcionado para longe de nós, além do plano da página. O momento magnético é medido em A m 2.
Agora podemos dizer que um circuito com corrente em um campo magnético uniforme é instalado de forma que seu momento magnético “olhe” na direção do campo que causou sua rotação.
Sabe-se que não apenas os circuitos condutores de corrente têm a propriedade de criar seu próprio campo magnético e girar em um campo externo. As mesmas propriedades são observadas em uma haste magnetizada, por exemplo, na agulha de uma bússola.
Em 1820, o notável físico francês Ampere expressou a ideia de que a semelhança no comportamento de um ímã e de um circuito com corrente é explicada pelo fato de existirem correntes fechadas nas partículas magnéticas. Sabe-se agora que átomos e moléculas contêm, na verdade, minúsculas correntes elétricas associadas ao movimento dos elétrons em suas órbitas ao redor dos núcleos. Por causa disso, átomos e moléculas de muitas substâncias, como as substâncias paramagnéticas, possuem momentos magnéticos. A rotação desses momentos em um campo magnético externo leva à magnetização de substâncias paramagnéticas.
Aconteceu outra coisa. Todas as partículas que constituem um átomo também possuem momentos magnéticos que não estão de forma alguma associados a nenhum movimento de cargas, ou seja, a correntes. Para eles, o momento magnético é a mesma qualidade “inata” que carga, massa, etc. Mesmo uma partícula que não possui carga elétrica - um nêutron, parte integrante dos núcleos atômicos - possui um momento magnético. Portanto, os núcleos atômicos também possuem um momento magnético.
Assim, o momento magnético é um dos conceitos mais importantes da física.
