Znano je, da ima magnetno polje orientacijski učinek na okvir, v katerem teče tok, okvir pa se vrti okoli svoje osi. To se zgodi, ker v magnetnem polju na okvir deluje moment sile, ki je enak:
Tukaj je B vektor indukcije magnetnega polja, je tok v okvirju, S je njegova ploščina in a je kot med silnicama in pravokotnico na ravnino okvirja. Ta izraz vključuje produkt, ki se imenuje magnetni dipolni moment ali preprosto magnetni moment okvirja. Izkazalo se je, da velikost magnetnega momenta popolnoma označuje interakcijo okvirja z magnetnim poljem. Dva okvirja, od katerih ima eden velik tok in majhno površino, drugi pa veliko površino in majhen tok, se bosta v magnetnem polju obnašala enako, če sta njuna magnetna momenta enaka. Če je okvir majhen, potem njegova interakcija z magnetnim poljem ni odvisna od njegove oblike.
Primerno je, da magnetni moment obravnavamo kot vektor, ki se nahaja na črti, pravokotni na ravnino okvirja. Smer vektorja (navzgor ali navzdol vzdolž te črte) je določena s "pravilom gimleta": gimlet mora biti nameščen pravokotno na ravnino okvirja in zasukan v smeri toka okvirja - smer gibanja gimlet bo pokazal smer vektorja magnetnega momenta.
Tako je magnetni moment vektor, pravokoten na ravnino okvirja.
Zdaj pa si predstavljajmo obnašanje okvirja v magnetnem polju. Prizadevala si bo, da se tako obrne. tako da je njegov magnetni moment usmerjen vzdolž vektorja indukcije magnetnega polja B. Majhen okvir s tokom lahko uporabimo kot preprosto »merilno napravo« za določanje vektorja indukcije magnetnega polja.
Magnetni moment je pomemben koncept v fiziki. Atomi vsebujejo jedra, okoli katerih krožijo elektroni. Vsak elektron, ki se giblje okoli jedra, kot nabit delec, ustvarja tok in tvori tako rekoč mikroskopski okvir s tokom. Izračunajmo magnetni moment enega elektrona, ki se giblje po krožnici s polmerom r.
Električni tok, to je količina naboja, ki jo prenese elektron v orbiti v 1 s, je enak naboju elektrona e, pomnoženemu s številom vrtljajev, ki jih naredi:
Zato je velikost magnetnega momenta elektrona enaka:
Lahko se izrazi s kotnim momentom elektrona. Potem je velikost magnetnega momenta elektrona, povezanega z njegovim gibanjem po orbiti, ali, kot pravijo, velikost orbitalnega magnetnega momenta, enaka:
Atom je objekt, ki ga ni mogoče opisati s klasično fiziko: za tako majhne objekte veljajo povsem drugi zakoni – zakoni kvantne mehanike. Kljub temu se izkaže, da je dobljeni rezultat za orbitalni magnetni moment elektrona enak kot v kvantni mehaniki.
Drugače pa je z lastnim magnetnim momentom elektrona - spinom, ki je povezan z njegovim vrtenjem okoli svoje osi. Za vrtenje elektrona daje kvantna mehanika magnetni moment, ki je 2-krat večji od klasične fizike:
in te razlike med orbitalnimi in spinskimi magnetnimi momenti ni mogoče razložiti s klasičnega vidika. Celotni magnetni moment atoma je vsota orbitalnih in spinskih magnetnih momentov vseh elektronov, in ker se razlikujejo za faktor 2, se v izrazu za magnetni moment atoma pojavi faktor, ki označuje stanje atoma :
Tako ima atom, tako kot navaden okvir s tokom, magnetni moment in v mnogih pogledih je njihovo obnašanje podobno. Zlasti, tako kot v primeru klasičnega okvirja, je obnašanje atoma v magnetnem polju popolnoma določeno z velikostjo njegovega magnetnega momenta. V zvezi s tem je koncept magnetnega momenta zelo pomemben pri razlagi različnih fizikalnih pojavov, ki se pojavljajo s snovjo v magnetnem polju.
Magnetni moment glavna količina, ki označuje magnetne lastnosti snovi. Vir magnetizma so po klasični teoriji elektromagnetnih pojavov električni makro- in mikrotokovi. Osnovni vir magnetizma se šteje za zaprt tok. Iz izkušenj in klasične teorije elektromagnetnega polja sledi, da so magnetna dejanja zaprtega toka (kroga s tokom) določena, če je produkt ( M) jakost toka jaz po konturni površini σ ( M = jazσ /c v sistemu enot CGS (glej sistem enot CGS), z -
svetlobna hitrost). Vektor M in je po definiciji M. m. Lahko se zapiše tudi v drugi obliki: M = m l, Kje m- ekvivalentni magnetni naboj vezja in l- razdalja med "naboji" nasprotnih znakov (+ in -
). Elementarni delci, atomska jedra in elektronske lupine atomov in molekul imajo magnetizem. Molekularna sila osnovnih delcev (elektronov, protonov, nevtronov in drugih), kot je pokazala kvantna mehanika, je posledica obstoja njihovega lastnega mehanskega navora - Spin a. Magnetne sile jeder so sestavljene iz intrinzičnih (spinskih) magnetnih sil protonov in nevtronov, ki tvorijo ta jedra, ter magnetnih sil, povezanih z njihovim orbitalnim gibanjem znotraj jedra. Molekulske mase elektronskih lupin atomov in molekul so sestavljene iz spinskih in orbitalnih magnetnih mas elektronov. Spinski magnetni moment elektrona m sp ima lahko dve enaki in nasprotno usmerjeni projekciji na smer zunanjega magnetnega polja n. Absolutna velikost projekcije kjer je μ in = (9,274096 ±0,000065) 10 -21 erg/gs - Borov magneton, h-
Vrstica je konstantna e in m e - naboj in masa elektrona, z- hitrost svetlobe; S H - projekcija vrtilnega mehanskega momenta na smer polja H. Absolutna vrednost vrtenja M. m. Kje s= 1 / 2 - vrtilno kvantno število (Glej Kvantna števila). Razmerje med spinskim magnetizmom in mehanskim momentom (spin) od vrtenja Študije atomskih spektrov so pokazale, da m H sp dejansko ni enak m in, temveč m in (1 + 0,0116). To je posledica učinka tako imenovanih ničelnih oscilacij elektromagnetnega polja na elektron (glej Kvantna elektrodinamika, Radiacijski popravki).
Orbitalni moment elektronske m krogle je povezan z mehanskim orbitalnim momentom z razmerjem g opb = |m orb | / | krogla | = | e|/2m e c, to je magnetomehansko razmerje g opb je dvakrat manj kot g cp. Kvantna mehanika dopušča le diskretno serijo možnih projekcij m orbov na smer zunanjega polja (t. i. prostorska kvantizacija): m Н orb = m l m in ,
kjer m l -
magnetno kvantno število 2 l+ 1 vrednosti (0, ±1, ±2,..., ± l, Kje l-
orbitalno kvantno število). V atomih z več elektroni sta orbitalni in spinski magnetizem določena s kvantnimi števili L in S skupni orbitalni in vrtilni momenti. Seštevanje teh trenutkov se izvede v skladu s pravili prostorske kvantizacije. Zaradi neenakosti magnetomehanskih razmerij za vrtenje elektrona in njegovo orbitalno gibanje ( g cn¹ g opb) nastala MM atomske lupine ne bo vzporedna ali antiparalelna njenemu nastalemu mehanskemu momentu J.
Zato se komponenta celotnega MM pogosto obravnava v smeri vektorja J, enako Kje g J je magnetomehansko razmerje elektronske lupine, J- skupno kotno kvantno število. Molekulska masa protona, katerega spin je enak Kje Mp- masa protona, ki je 1836,5-krat večja m e, m strup - jedrski magneton, enako 1/1836,5 m in. Nevtron ne bi smel imeti magnetizma, saj nima naboja. Izkušnje pa so pokazale, da je molekulska masa protona m p = 2,7927m strup, nevtrona pa m n = -1,91315m strup. To je posledica prisotnosti mezonskih polj v bližini nukleonov, ki določajo njihove specifične jedrske interakcije (glej Jedrske sile, Mezoni) in vplivajo na njihove elektromagnetne lastnosti. Celotne molekulske mase kompleksnih atomskih jeder niso večkratniki m ali m p in m n. Tako so kalijeva jedra M. m Za karakterizacijo magnetnega stanja makroskopskih teles se izračuna povprečna vrednost nastale magnetne mase vseh mikrodelcev, ki tvorijo telo. Magnetiziranost na enoto prostornine telesa imenujemo magnetizacija. Za makrotelesa, predvsem pri telesih z atomsko magnetno urejenostjo (fero-, feri- in antiferomagneti), je uveden koncept povprečnega atomskega magnetizma kot povprečne vrednosti magnetizma na en atom (ion) - nosilec magnetizma. v telesu. V snoveh z magnetnim redom dobimo te povprečne atomske magnetizme kot količnik spontane magnetizacije feromagnetnih teles ali magnetnih podmrež v feri- in antiferomagnetih (pri temperaturi absolutne nič), deljen s številom atomov, ki nosijo magnetizem na enoto prostornine. Običajno se te povprečne atomske molekulske mase razlikujejo od molekulskih mas izoliranih atomov; njihove vrednosti v Bohrovih magnetonih m se izkažejo za delne (na primer v prehodnih d-kovinah Fe, Co in Ni 2,218 m in, 1,715 m in 0,604 m in) Ta razlika je posledica a sprememba gibanja d-elektronov (nosilcev magnitude) v primerjavi z gibanjem v izoliranih atomih. V primeru redkih zemeljskih kovin (lantanidov), kot tudi nekovinskih fero- ali ferimagnetnih spojin (na primer feritov), nedokončane d- ali f-plasti elektronske lupine (glavni atomski nosilci kovinskih kovin ) sosednjih ionov v kristalu se šibko prekrivajo, zato ni opazne kolektivizacije teh. Ni plasti (kot pri d-kovinah), molekulska masa takih teles pa se v primerjavi z izoliranimi atomi malo spreminja. Neposredno eksperimentalno določanje magnetizma na atomih v kristalu je postalo možno z uporabo magnetne nevtronske difrakcije, radijske spektroskopije (NMR, EPR, FMR itd.) in Mössbauerjevega učinka. Za paramagnete lahko uvedemo tudi koncept povprečnega atomskega magnetizma, ki je določen z eksperimentalno ugotovljeno Curiejevo konstanto, ki je vključena v izraz za Curiejev zakon a ali Curie-Weissov zakon a (glej Paramagnetizem). Lit.: Tamm I.E., Osnove teorije elektrike, 8. izd., M., 1966; Landau L.D. Lifshits E.M., Elektrodinamika zveznih medijev, M., 1959; Dorfman Ya., Magnetne lastnosti in struktura snovi, M., 1955; Vonsovski S.V., Magnetizem mikrodelcev, M., 1973. S. V. Vonsovski. Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija.
1969-1978
.
Oglejte si, kaj je "magnetni trenutek" v drugih slovarjih:
Dimenzija L2I SI enote A⋅m2 ... Wikipedia
Glavna količina, ki označuje magnet. nepremičnine v va. Vir magnetizma (M. m.), po klasiki. teorije el. mag. fenomeni, fenomeni makro in mikro(atomski) električni. tokovi. Elem. Vir magnetizma se šteje za zaprt tok. Iz izkušenj in klasika...... Fizična enciklopedija
Veliki enciklopedični slovar
MAGNETNI NAVOR, merjenje jakosti trajnega magneta ali tuljave, po kateri teče tok. To je največja vrtilna sila (vrtilni moment), ki deluje na magnet, tuljavo ali električni naboj v MAGNETNEM POLJU, deljena z jakostjo polja. Napolnjeno...... Znanstveni in tehnični enciklopedični slovar
MAGNETNI TRENUTEK- fizično količina, ki označuje magnetne lastnosti teles in delcev snovi (elektronov, nukleonov, atomov itd.); čim večji je magnetni moment, tem močnejše je (glej) telo; magnetni moment določa magnetni (glej). Ker vsak električni..... Velika politehnična enciklopedija
- (Magnetni moment) produkt magnetne mase danega magneta in razdalje med njegovima poloma. Morski slovar Samoilov K.I. M. L.: Državna pomorska založba NKVMF ZSSR, 1941 ... Morski slovar
magnetni moment- Har ka mag. St. v telesih, konvencionalni ekspresno. proizvodnja Magnetne vrednosti naboj v vsakem polu do razdalje med poloma. Teme: metalurgija na splošno EN magnetni moment... Priročnik za tehnične prevajalce
Vektorska količina, ki označuje snov kot vir magnetnega polja. Makroskopski magnetni moment ustvarjajo zaprti električni tokovi in urejeno usmerjeni magnetni momenti atomskih delcev. Mikrodelci imajo orbitalno... enciklopedični slovar
MAGNETNI TRENUTEK- je osnovna količina, ki označuje magnetne lastnosti snovi. Električni tok velja za osnovni vir magnetizma. Vektor, določen s produktom jakosti toka in površine zaprte tokovne zanke, je magnetni moment. avtor…… Paleomagnetologija, petromagnetologija in geologija. Slovar-priročnik.
magnetni moment- elektromagnetinis momentas statusas T sritis Standartizacija ir meroslovje apibrėžtis Vektorinis dydis, kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momentui: m · B = T; čia m – magnetni momento vektorius, B… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Magnetni moment tuljave s tokom je fizikalna količina, tako kot vsak drug magnetni moment, ki označuje magnetne lastnosti danega sistema. V našem primeru je sistem predstavljen s krožno tuljavo s tokom. Ta tok ustvarja magnetno polje, ki deluje z zunanjim magnetnim poljem. To je lahko polje zemlje ali polje trajnega ali elektromagneta.
risanje— 1 krožni obrat s tokom
Krožno tuljavo s tokom lahko predstavimo kot kratek magnet. Poleg tega bo ta magnet usmerjen pravokotno na ravnino tuljave. Lokacija polov takšnega magneta se določi s pravilom gimlet. Po katerem se bo severni plus nahajal za ravnino tuljave, če se tok v njej premika v smeri urinega kazalca.
risanje— 2 Namišljen tračni magnet na osi tuljave
Na ta magnet, to je našo krožno tuljavo s tokom, bo tako kot na kateri koli drug magnet vplivalo zunanje magnetno polje. Če je to polje enakomerno, se bo pojavil navor, ki bo težil k obračanju tuljave. Polje bo vrtelo tuljavo tako, da bo njena os vzdolž polja. V tem primeru morajo poljske črte same tuljave, kot majhen magnet, sovpadati v smeri z zunanjim poljem.
Če zunanje polje ni enakomerno, bo navoru dodano translacijsko gibanje. To gibanje se bo zgodilo zaradi dejstva, da bodo odseki polja z višjo indukcijo bolj privlačili naš magnet v obliki tuljave kot območja z nižjo indukcijo. In tuljava se bo začela premikati proti polju z večjo indukcijo.
Velikost magnetnega momenta krožne tuljave s tokom lahko določimo s formulo.
Formula - 1 Magnetni moment obrata
Kje, I je tok, ki teče skozi zavoj
S območje tuljave s tokom
n normalno na ravnino, v kateri je tuljava
Tako je iz formule razvidno, da je magnetni moment tuljave vektorska količina. To pomeni, da ima poleg velikosti sile, to je njenega modula, tudi smer. Magnetni moment je prejel to lastnost zaradi dejstva, da vključuje normalni vektor na ravnino tuljave.
Za utrjevanje snovi lahko izvedete preprost poskus. Za to potrebujemo okroglo tuljavo bakrene žice, povezano z baterijo. V tem primeru morajo biti napajalne žice dovolj tanke in po možnosti zvite skupaj. To bo zmanjšalo njihov vpliv na izkušnjo.
risanje—
Zdaj obesimo tuljavo na napajalne žice v enakomernem magnetnem polju, ki ga ustvarijo recimo trajni magneti. Tuljava je še vedno brez napetosti in njena ravnina je vzporedna s silnicami polja. V tem primeru bodo njegova os in poli namišljenega magneta pravokotni na črte zunanjega polja.
risanje—
Ko na tuljavo teče tok, se bo njena ravnina obrnila pravokotno na silnice trajnega magneta, os pa bo postala vzporedna z njimi. Poleg tega bo smer vrtenja tuljave določena s pravilom gimleta. In strogo gledano, smer, v kateri teče tok vzdolž zavoja.
V prejšnjem odstavku je bilo ugotovljeno, da je učinek magnetnega polja na ravno vezje s tokom določen z magnetnim momentom vezja, ki je enak zmnožku jakosti toka v vezju in površine vezja (glej formulo (118.1)).
Enota za magnetni moment je amper meter na kvadrat (). Da bi dobili predstavo o tej enoti, poudarjamo, da ima s tokovno jakostjo 1 A krožno konturo s polmerom 0,564 m () ali kvadratno vezje s stranico kvadrata, ki je enaka 1 m, magnetno moment enak 1. Pri jakosti toka 10 A ima krožna kontura magnetni moment 1 polmer konture 0,178 m ( 
) itd.
Elektron, ki se giblje z veliko hitrostjo po krožni orbiti, je enakovreden krožnemu toku, katerega moč je enaka zmnožku naboja elektrona in frekvence vrtenja elektrona v orbiti: . Če je orbitalni polmer , in je hitrost elektrona , potem in torej . Magnetni moment, ki ustreza temu toku, je
Magnetni moment je vektorska količina, usmerjena normalno na konturo. Od dveh možnih smeri normale je izbrana tista, ki je povezana s smerjo toka v tokokrogu po pravilu desnega vijaka (slika 211). Vrtenje vijaka z desnim navojem v smeri, ki sovpada s smerjo toka v tokokrogu, povzroči vzdolžno gibanje vijaka v smeri. Tako izbrana normala se imenuje pozitivna. Predpostavlja se, da smer vektorja sovpada s smerjo pozitivne normale.
riž. 211. Vrtenje glave vijaka v smeri toka povzroči, da se vijak premika v smeri vektorja
Zdaj lahko razjasnimo definicijo smeri magnetne indukcije. Za smer magnetne indukcije se šteje smer, v kateri se pod vplivom polja vzpostavi pozitivna normala na tokokrog, to je smer, v kateri se vzpostavi vektor.
Enota SI za magnetno indukcijo se imenuje tesla (T), poimenovana po srbskem znanstveniku Nikoli Tesli (1856-1943). Ena tesla je enaka magnetni indukciji enakomernega magnetnega polja, v katerem največji navor enega njutonmetra deluje na ravno tokokrog z magnetnim momentom enega ampermetra na kvadrat.
Iz formule (118.2) sledi, da
119.1. Krožni tokokrog s polmerom 5 cm, skozi katerega teče tok 0,01 A, doživi v enakomernem magnetnem polju največji navor, ki je enak N×m. Kakšna je magnetna indukcija tega polja?
119.2. Kolikšen navor deluje na isto konturo, če normala na konturo tvori kot 30° s smerjo polja?
119.3. Poiščite magnetni moment toka, ki ga ustvari elektron, ki se giblje po krožni orbiti s polmerom m s hitrostjo m/s. Naboj elektrona je Cl.
Kikoin A.K. Magnetni moment toka // Quantum. - 1986. - Št. 3. - Str. 22-23.
Po posebnem dogovoru z uredništvom in uredništvom revije "Kvant"
Iz predmeta fizike v devetem razredu (»Fizika 9«, § 88) je znano, da je za ravni vodnik dolžine l s tokom jaz, če ga postavimo v enakomerno magnetno polje z indukcijo \(~\vec B\), deluje sila \(~\vec F\) enake velikosti
\(~F = BIl \sin \alpha\) ,
Kje α - kot med smerjo toka in vektorjem magnetne indukcije. Ta sila je usmerjena pravokotno na polje in tok (po pravilu leve roke).
Ravni vodnik je le del električnega tokokroga, saj je električni tok vedno sklenjen. Kako magnetno polje deluje na sklenjen tok, natančneje na sklenjen tokokrog s tokom?
Slika 1 prikazuje kot primer konturo v obliki pravokotnega okvirja s stranicami a in b, po kateri teče tok v smeri, ki jo označujejo puščice jaz.
Okvir je postavljen v enakomerno magnetno polje z indukcijo \(~\vec B\) tako, da v začetnem trenutku leži vektor \(~\vec B\) v ravnini okvirja in je vzporeden z njegovima stranicama. Če upoštevamo vsako stran okvirja posebej, ugotovimo, da stranice (dolžina A) sile delujejo enako velike F = BIA in usmerjeni v nasprotni smeri. Sile ne delujejo na drugi strani (zanje greh α = 0). Vsaka od sil F glede na os, ki poteka skozi razpolovni točki zgornje in spodnje strani okvirja, ustvari moment sile (navor), ki je enak \(~\frac(BIab)(2)\) (\(~\frac(b) (2)\) - moč ramen). Predznaki momentov so enaki (obe sili vrtita okvir v isto smer), zato skupni navor M enako BIab, ali od izdelka ab enako površini S okvir,
\(~M = BIab = BIS\) .
Pod vplivom tega trenutka se bo okvir začel vrteti (če ga gledamo od zgoraj, potem v smeri urinega kazalca) in se bo vrtel, dokler njegova ravnina ne postane pravokotna na indukcijski vektor \(~\vec B\) (slika 2).
V tem položaju sta vsota sil in vsota momentov sil enaki nič, okvir pa je v stanju stabilnega ravnovesja. (Pravzaprav se okvir ne bo takoj ustavil – nekaj časa bo nihal okoli svojega ravnotežnega položaja.)
Ni težko pokazati (naredite sami), da v katerem koli vmesnem položaju, ko normala na konturno ravnino tvori poljuben kot β pri indukciji magnetnega polja je navor enak
\(~M = BIS \sin \beta\) .
Iz tega izraza je razvidno, da je za dano vrednost indukcije polja in za določen položaj vezja s tokom navor odvisen samo od produkta površine vezja S na jakost toka jaz v njem. Velikost JE in se imenuje magnetni moment tokokroga. Natančneje, JE je velikost vektorja magnetnega momenta. In ta vektor je usmerjen pravokotno na ravnino vezja in tako, da če miselno zavrtite gimlet v smeri toka v tokokrogu, bo smer translacijskega gibanja gimlet kazala smer magnetni moment. Na primer, magnetni moment vezja, prikazanega na slikah 1 in 2, je usmerjen stran od nas onkraj ravnine strani. Magnetni moment se meri v A m 2.
Zdaj lahko rečemo, da je vezje s tokom v enotnem magnetnem polju nameščeno tako, da njegov magnetni moment "gleda" v smeri polja, ki je povzročilo njegovo vrtenje.
Znano je, da nimajo samo tokokrogi lastnost ustvarjanja lastnega magnetnega polja in vrtenja v zunanjem polju. Enake lastnosti opazimo v magnetizirani palici, na primer v igli kompasa.
Leta 1820 je izjemen francoski fizik Ampere izrazil idejo, da je podobnost v obnašanju magneta in tokokroga s tokom razložena z dejstvom, da v delcih magneta obstajajo zaprti tokovi. Zdaj je znano, da atomi in molekule dejansko vsebujejo majhne električne tokove, povezane z gibanjem elektronov v njihovih orbitah okoli jeder. Zaradi tega imajo atomi in molekule mnogih snovi, kot so paramagnetne snovi, magnetne momente. Vrtenje teh momentov v zunanjem magnetnem polju vodi do magnetizacije paramagnetnih snovi.
Izkazalo se je nekaj drugega. Vsi delci, ki sestavljajo atom, imajo tudi magnetne momente, ki sploh niso povezani z nobenim gibanjem nabojev, to je s tokovi. Za njih je magnetni moment enaka »prirojena« lastnost kot naboj, masa itd. Tudi delec, ki nima električnega naboja - nevtron, sestavni del atomskih jeder - ima magnetni moment. Zato imajo tudi atomska jedra magnetni moment.
Tako je magnetni moment eden najpomembnejših pojmov v fiziki.
