전류가 흐르는 회로의 자기 모멘트는 측정 단위입니다. 전자와 원자의 자기 모멘트. 다른 사전에 "자기 모멘트"가 무엇인지 확인

자기 모멘트

물질의 자기적 성질을 특징짓는 주된 양. 전자기 현상의 고전 이론에 따르면 자성의 원천은 전기 거시 전류와 미세 전류입니다. 자성의 기본 소스는 폐쇄 전류로 간주됩니다. 경험과 전자기장의 고전 이론에 따르면 폐쇄 전류(전류가 있는 회로)의 자기 작용은 제품( 중) 현재 강도 나윤곽 면적별 σ ( 중 = 나σ /씨 CGS 단위계(CGS 단위계 참조) 와 함께 - 빛의 속도). 벡터 중정의에 따르면 M.m입니다. 다른 형식으로도 쓸 수 있습니다. 중 = ml, 어디 중-회로의 등가 자기 전하 엘- 반대 기호의 "전하" 사이의 거리(+ 및 - ).

기본 입자, 원자핵, 원자와 분자의 전자 껍질은 자성을 가지고 있습니다. Mm. 기본 입자(전자, 양성자, 중성자 및 기타)은 양자역학에서 알 수 있듯이 자체 기계적 모멘트인 스핀 a가 존재하기 때문입니다. 핵의 자기력은 핵을 형성하는 양성자와 중성자의 고유(스핀) 자기력과 핵 내부의 궤도 운동과 관련된 자기력으로 구성됩니다. 원자와 분자의 전자 껍질의 분자 질량은 전자의 스핀과 궤도 자기 질량으로 구성됩니다. 전자 m sp의 스핀 자기 모멘트는 외부 자기장의 방향에 대해 두 개의 동일하고 반대 방향의 투영을 가질 수 있습니다. N. 절대값투영

여기서 μ in = (9.274096 ±0.000065) 10 -21 에르그/GS -붕소 마그네톤, h- 판자 상수 , 전자그리고 중 e - 전자 전하 및 질량, 와 함께- 빛의 속도; 쉿 -스핀 기계적 모멘트를 필드 방향으로 투영 시간. 스핀 M의 절대값 m.

어디 에스= 1 / 2 - 스핀 양자수(양자수 참조) 기계적 모멘트(스핀)에 대한 스핀 자기의 비율

스핀 이후

원자 스펙트럼 연구에 따르면 m H sp는 실제로 m in이 아니라 m in (1 + 0.0116)과 같습니다. 이는 소위 전자기장의 영점 진동이 전자에 미치는 영향 때문입니다(양자 전기역학, 복사 보정 참조).

전자 m 오브의 궤도 운동량은 다음 관계에 의해 기계적 궤도 운동량 오브와 관련됩니다. g opb = |m 오브 | / | 오브 | = | 이자형|/2중이자형 씨, 즉 자기 역학적 비율 g opb는 다음보다 2배 작습니다. g CP. 양자 역학은 외부 장의 방향에 대한 m 오브의 가능한 투영의 개별적인 시리즈만을 허용합니다(소위 공간 양자화): m Н orb = m l m in , 어디서 m l - 자기양자수가 2를 취함 엘+ 1개 값(0, ±1, ±2,..., ± 엘, 어디 엘- 궤도 양자수). 다중 전자 원자에서 궤도 및 스핀 자성은 양자수에 의해 결정됩니다. 엘그리고 에스총 궤도 및 스핀 모멘트. 이러한 순간의 추가는 공간 양자화 규칙에 따라 수행됩니다. 전자 스핀과 그 궤도 운동에 대한 자기 기계 관계의 불평등으로 인해 ( g CN¹ g opb) 원자 껍질의 결과 MM은 결과적인 기계적 모멘트와 평행하거나 역평행하지 않습니다. 제이. 따라서 전체 MM의 구성 요소는 종종 벡터 방향으로 간주됩니다. 제이, 동일

어디 g J는 전자껍질의 자기기계적 비율이고, 제이- 총 각도 양자 수.

스핀이 다음과 같은 양성자의 분자 질량

어디 mp- 양성자 질량은 1836.5배 더 큽니다. 중 e, m 독 - 핵 마그네톤, 1/1836.5m in. 중성자는 전하가 없기 때문에 자성이 없어야 합니다. 그러나 경험에 따르면 양성자의 분자 질량은 m p = 2.7927m 독이고, 중성자의 분자 질량은 m n = -1.91315m 독입니다. 이는 특정 핵 상호 작용(핵력, 중간자 참조)을 결정하고 전자기 특성에 영향을 미치는 핵자 근처에 중간자장이 존재하기 때문입니다. 복잡한 원자핵의 총 분자 질량은 m 또는 m p 및 m n의 배수가 아닙니다. 따라서 M.m. 칼륨 핵

거시적 몸체의 자기 상태를 특성화하기 위해 몸체를 구성하는 모든 미세 입자의 결과 자성 질량의 평균값이 계산됩니다. 물체의 단위 부피당 자화를 자화라고 합니다. 거대체, 특히 원자 자기 순서(강자성체, 페리자성체, 반강자성체)가 있는 몸체의 경우 평균 원자 자성의 개념은 자성의 운반체인 원자(이온)당 자성의 평균 값으로 도입됩니다. 몸에. 자기 질서를 갖는 물질에서 이러한 평균 원자 자성은 페리 및 반강자성체(절대 영도에서)의 강자성체 또는 자기 부격자의 자발적 자화를 단위 부피당 자성을 지닌 원자의 수로 나눈 몫으로 구합니다. 일반적으로 이러한 평균 원자 분자 질량은 고립된 원자의 분자 질량과 다릅니다. Bohr 마그네톤 m의 값은 분수로 나타납니다 (예를 들어 전이 d 금속 Fe, Co 및 Ni에서 각각 2.218 m in, 1.715 m in 및 0.604 m in). 이 차이는 고립된 원자의 움직임과 비교하여 결정에서 d 전자(크기 캐리어)의 움직임 변화. 희토류 금속(란타나이드)과 비금속 강자성 또는 페리자성 화합물(예: 페라이트)의 경우 전자 껍질의 미완성 d층 또는 f층(분자의 주요 원자 캐리어) (d-금속에서와 같이) 층이 없고, 그러한 물체의 분자량은 고립된 원자에 비해 거의 변하지 않습니다. 자기 중성자 회절, 전파 분광학(NMR, EPR, FMR 등) 및 뫼스바우어 효과를 사용한 결과로 결정 내 원자의 자성에 대한 직접적인 실험적 측정이 가능해졌습니다. 상자성체의 경우 실험적으로 발견된 퀴리 상수를 통해 결정되는 평균 원자 자기의 개념을 도입할 수도 있습니다. 이는 퀴리 법칙 a 또는 퀴리-바이스 법칙 a에 대한 표현에 포함됩니다(상자성 참조).

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물질을 자기장의 근원으로 특성화하는 벡터량. 거시적 자기 모멘트는 닫힌 전류와 원자 입자의 규칙적인 자기 모멘트에 의해 생성됩니다. 미세입자는 궤도를 가지고 있다. 백과사전

자기 모멘트- 물질의 자기 특성을 나타내는 기본 수량입니다. 자력의 기본 소스가 고려됩니다. 전기. 전류 강도와 닫힌 전류 루프 영역의 곱으로 결정되는 벡터는 자기 모멘트입니다. 에 의해… … 고생자기학, 석유자기학 및 지질학. 사전 참고서.

자기 모멘트- 전자석 순간 상태 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 – 자력 순간 벡터, B… … Penkiakalbis aiškinamasis Metrologijos terminų žodynas

자기적 특성을 고려하여 다양한 매체를 지칭합니다. 자석 .

모든 물질은 어느 정도 자기장과 상호 작용합니다. 일부 재료는 외부 자기장이 없어도 자기 특성을 유지합니다. 물질의 자화는 원자 내부를 순환하는 전류, 즉 전자의 회전과 원자에서의 움직임으로 인해 발생합니다. 그러므로 물질의 자화는 암페어 전류라고 불리는 실제 원자 전류를 사용하여 설명되어야 합니다.

외부 자기장이 없으면 물질 원자의 자기 모멘트는 일반적으로 무작위로 방향이 지정되므로 생성되는 자기장은 서로 상쇄됩니다. 외부 자기장이 가해지면 원자는 외부 자기장의 방향으로 자기 모멘트를 갖는 경향이 있으며 자기 모멘트의 보상이 중단되고 신체가 자기 특성을 획득하여 자화됩니다. 대부분의 물체는 매우 약하게 자화되어 있으며 자기장 유도의 크기가 매우 작습니다. 비그러한 물질의 경우 진공에서 자기장이 유도되는 크기와 거의 다르지 않습니다. 물질에서 자기장이 약하게 증폭되면 그러한 물질을 상자성의 :

( , , , , , , Li, Na);

약해지면 그렇죠. 반자성 :

(Bi, Cu, Ag, Au 등) .

하지만 강한 자기 특성을 갖는 물질이 있습니다. 그러한 물질을 이렇게 부른다. 강자성체 :

(Fe, Co, Ni 등).

이들 물질은 외부 자기장이 없어도 자기적 특성을 유지할 수 있는 영구자석이다.

외부 자기장에 들어갈 때 모든 신체 자화됨어느 정도, 즉 외부 자기장에 중첩되는 자체 자기장을 생성합니다.

물질의 자기적 성질 전자와 원자의 자기 특성에 의해 결정됩니다.

자석은 원자로 구성되며, 원자는 양의 핵과 상대적으로 그 주위를 회전하는 전자로 구성됩니다.

원자 내 궤도를 따라 움직이는 전자는 다음과 같은 폐회로와 동일합니다. 궤도 전류 :

어디 이자형– 전자 전하, ν – 궤도 회전 주파수:

궤도 전류는 궤도 자기 모멘트 전자

,

(6.1.1)

어디 에스 는 궤도 영역이고 단위 법선 벡터는 다음과 같습니다. 에스, – 전자 속도. 그림 6.1은 전자의 궤도 자기 모멘트의 방향을 보여줍니다.

궤도를 따라 움직이는 전자는 궤도 각운동량 , 이는 반대 방향으로 향하고 관계에 의해 관련됩니다.

어디 중 – 전자 질량.

게다가 전자는 자신의 각운동량라고 불리는 전자 스핀

,

(6.1.4)

어디 , – 플랑크 상수

전자 스핀은 스핀 자기 모멘트 반대 방향으로 향하는 전자:

,

(6.1.5)

수량이라고 합니다 스핀 모멘트의 자이로마그네틱 비율

자기장은 두 가지 벡터량으로 특징지어집니다. 자기장 유도 (자기 유도)

면적이 닫힌 도체에 작용하는 힘의 순간의 최대 값은 어디에 있습니까? 에스, 전류가 흐르는 곳 나. 벡터의 방향은 자기장에서 회로의 자유로운 방향으로 전류의 방향을 기준으로 오른쪽 송곳의 방향과 일치합니다.

유도는 주로 전도 전류에 의해 결정됩니다. 도체를 통해 흐르는 거시적 전류. 또한 전자 자체(스핀) 자기 모멘트뿐만 아니라 핵 주위 궤도에서 전자의 이동으로 인해 발생하는 미세한 전류도 유도에 기여합니다. 전류와 자기 모멘트는 외부 자기장을 향합니다. 따라서 물질의 자기장 유도는 외부의 거시적 전류와 물질의 자화에 의해 결정됩니다.

자기장의 강도는 전도 전류와 변위 전류에 의해서만 결정됩니다. 장력은 물질의 자화에 의존하지 않으며 다음 비율로 유도와 관련됩니다.

물질의 상대 투자율(무차원 수량)은 어디에 있습니까? 자기 상수는 4입니다. 자기장 세기의 차원은 이다.

자기 모멘트는 입자 또는 입자 시스템의 자기 특성을 특성화하고 입자 또는 입자 시스템과 외부 전자기장의 상호 작용을 결정하는 벡터 물리량입니다.

전기의 점전하와 유사한 역할은 전류가 흐르는 닫힌 도체에 의해 수행되며, 진공에서의 자기 모멘트 계수는 다음과 같습니다.

현재 강도는 어디에 있고 회로의 면적은 어디입니까? 벡터의 방향은 올바른 김렛 규칙에 따라 결정됩니다. 이 경우 자기 모멘트와 자기장은 거시적 전류(전도 전류)에 의해 생성됩니다. 도체 내부의 하전 입자(전자)가 규칙적으로 이동한 결과입니다. 자기모멘트의 차원은 이다.

자기 모멘트는 미세전류에 의해 생성될 수도 있습니다. 원자 또는 분자는 양전하를 띤 핵과 연속적으로 움직이는 전자로 구성됩니다. 충분한 근사치로 여러 가지 자기 특성을 설명하기 위해 전자가 특정 원형 궤도에서 핵 주위를 이동한다고 가정할 수 있습니다. 결과적으로, 각 전자의 움직임은 전하 캐리어의 규칙적인 움직임으로 간주될 수 있습니다. 닫힌 전류(소위 미세전류 또는 분자전류)로 나타납니다. 현재 강도 나이 경우 는 , 어디에서 전자 궤적에 수직인 단면을 통해 시간에 따라 전달되는 전하가 , 이자형- 충전 모듈; - 전자 순환 주파수.

궤도에서 전자의 움직임에 의해 발생하는 자기 모멘트(미세 전류)를 전자의 궤도 자기 모멘트라고 합니다. 어디랑 똑같네 에스– 윤곽 영역;

, (3)

어디 에스– 궤도 영역, 아르 자형– 반경. 핵이나 핵 주위의 닫힌 궤적을 따라 원자와 분자에서 전자가 이동한 결과, 전자는 또한 궤도 각운동량을 갖습니다.

궤도에 있는 전자의 선형 속도는 다음과 같습니다. - 각속도. 벡터의 방향은 올바른 김렛 규칙에 따라 전자의 회전 방향과 관련됩니다. 벡터이며 서로 반대입니다 (그림 1). 입자의 궤도 자기 모멘트와 기계적 모멘트의 비율을 자이로자기 비율이라고 합니다. 식 (3)과 (4)를 서로 나누면 0과 다릅니다.

자기장은 전류 전달 프레임에 방향 지정 효과를 가지며 프레임은 축을 중심으로 회전하는 것으로 알려져 있습니다. 이는 자기장에서 다음과 같은 힘의 순간이 프레임에 작용하기 때문에 발생합니다.

여기서 B는 자기장 유도 벡터이고, 프레임의 전류이고, S는 면적이고, a는 자력선과 프레임 평면에 대한 수직선 사이의 각도입니다. 이 표현에는 자기 쌍극자 모멘트 또는 단순히 프레임의 자기 모멘트라고 불리는 곱이 포함됩니다. 자기 모멘트의 크기가 프레임과 자기장의 상호 작용을 완전히 특징 짓는 것으로 나타났습니다. 하나는 큰 전류와 작은 면적을 갖고 다른 하나는 큰 면적과 작은 전류를 갖는 두 개의 프레임은 자기 모멘트가 동일하면 자기장에서 동일한 방식으로 동작합니다. 프레임이 작으면 자기장과의 상호 작용은 모양에 의존하지 않습니다.

자기 모멘트를 프레임 평면에 수직인 선에 위치한 벡터로 간주하는 것이 편리합니다. 벡터의 방향(이 선을 따라 위 또는 아래)은 "김렛 규칙"에 의해 결정됩니다. 김렛은 프레임 평면에 수직으로 위치해야 하며 프레임 전류 방향(프레임의 이동 방향)으로 회전해야 합니다. gimlet은 자기 모멘트 벡터의 방향을 나타냅니다.

따라서 자기 모멘트는 프레임 평면에 수직인 벡터입니다.

이제 자기장에서 프레임의 동작을 시각화해 보겠습니다. 그녀는 이렇게 돌아서려고 노력할 것이다. 자기 모멘트는 자기장 유도 벡터 B를 따라 향하게 됩니다. 전류가 있는 작은 프레임은 자기장 유도 벡터를 결정하기 위한 간단한 "측정 장치"로 사용될 수 있습니다.

자기 모멘트는 물리학에서 중요한 개념입니다. 원자에는 전자가 회전하는 핵이 포함되어 있습니다. 하전 입자처럼 핵 주위를 이동하는 각 전자는 전류를 생성하여 전류가 있는 미세한 프레임을 형성합니다. 반경 r의 원형 궤도에서 움직이는 전자 하나의 자기 모멘트를 계산해 보겠습니다.

전류, 즉 1초 동안 궤도에 있는 전자에 의해 전달되는 전하량은 전자의 전하 e에 전자의 회전 수를 곱한 것과 같습니다.

따라서 전자의 자기 모멘트의 크기는 다음과 같습니다.

전자의 각운동량으로 표현될 수 있다. 그런 다음 궤도를 따른 운동과 관련된 전자의 자기 모멘트의 크기 또는 궤도 자기 모멘트의 크기는 다음과 같습니다.

원자는 고전 물리학을 사용하여 설명할 수 없는 물체입니다. 이러한 작은 물체의 경우 완전히 다른 법칙, 즉 양자 역학의 법칙이 적용됩니다. 그럼에도 불구하고 전자의 궤도 자기 모멘트에 대해 얻은 결과는 양자 역학에서와 동일한 것으로 나타났습니다.

상황은 전자 자체의 자기 모멘트, 즉 축을 중심으로 한 회전과 관련된 스핀에 따라 다릅니다. 전자 스핀의 경우 양자역학은 고전 물리학보다 2배 더 큰 자기 모멘트를 제공합니다.

그리고 궤도 자기 모멘트와 스핀 자기 모멘트 사이의 이러한 차이는 고전적인 관점에서는 설명될 수 없습니다. 원자의 전체 자기모멘트는 모든 전자의 궤도자기모멘트와 스핀자기모멘트의 합으로 2배만큼 다르기 때문에 원자의 상태를 특징짓는 인자가 원자의 자기모멘트 표현에 나타난다. :

따라서 전류가 흐르는 일반 프레임과 같은 원자는 자기 모멘트를 가지며 여러 면에서 그 동작이 유사합니다. 특히, 고전 프레임의 경우와 마찬가지로 자기장 내 원자의 거동은 자기 모멘트의 크기에 의해 완전히 결정됩니다. 이런 점에서 자기모멘트의 개념은 자기장 내에서 물질이 발생하는 다양한 물리적 현상을 설명하는데 매우 중요하다.

전류가 있는 코일의 자기 모멘트는 다른 자기 모멘트와 마찬가지로 주어진 시스템의 자기 특성을 나타내는 물리량입니다. 우리의 경우 시스템은 전류가 있는 원형 코일로 표시됩니다. 이 전류는 외부 자기장과 상호 작용하는 자기장을 생성합니다. 이것은 지구의 자기장일 수도 있고 영구 자석이나 전자석의 자기장일 수도 있습니다.

그림— 전류가 있는 경우 1회 원형 회전

전류가 흐르는 원형 코일은 짧은 자석으로 표현될 수 있습니다. 더욱이, 이 자석은 코일 평면에 수직으로 향하게 됩니다. 이러한 자석의 극 위치는 김릿 규칙을 사용하여 결정됩니다. 이에 따라 코일의 전류가 시계 방향으로 이동하면 북쪽 플러스가 코일 평면 뒤에 위치하게 됩니다.

그림— 2 코일 축의 가상 스트립 자석

이 자석, 즉 전류가 흐르는 원형 코일은 다른 자석과 마찬가지로 외부 자기장의 영향을 받습니다. 이 필드가 균일하면 코일을 회전시키는 경향이 있는 토크가 발생합니다. 필드는 코일을 회전시켜 해당 축이 필드를 따라 위치하도록 합니다. 이 경우 작은 자석처럼 코일 자체의 자기력선은 외부 자기장과 방향이 일치해야 합니다.

외부 필드가 균일하지 않으면 병진 운동이 토크에 추가됩니다. 이 움직임은 유도가 높은 필드 섹션이 유도가 낮은 영역보다 코일 형태로 자석을 더 많이 끌어당긴다는 사실로 인해 발생합니다. 그리고 코일은 더 큰 유도력으로 자기장을 향해 움직이기 시작할 것입니다.

전류가 흐르는 원형 코일의 자기 모멘트의 크기는 공식에 의해 결정될 수 있습니다.

공식 - 회전의 자기 모멘트 1개

여기서 I는 턴을 통해 흐르는 전류입니다.

전류가 있는 회전의 S 영역

n 코일이 위치한 평면에 수직

따라서 공식을 통해 코일의 자기 모멘트는 벡터량이라는 것이 분명해집니다. 즉, 힘의 크기, 즉 계수 외에도 방향도 있습니다. 자기 모멘트는 코일 평면에 대한 법선 벡터를 포함한다는 사실로 인해 이 특성을 받았습니다.

자료를 통합하려면 간단한 실험을 수행할 수 있습니다. 이를 위해서는 배터리에 연결된 원형 구리선 코일이 필요합니다. 이 경우 공급선은 충분히 얇아야 하며 함께 꼬아주는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 경험에 미치는 영향이 줄어듭니다.

그림—

이제 영구 자석에 의해 생성된 균일한 자기장에서 공급선에 코일을 걸어 보겠습니다. 코일은 여전히 ​​전원이 차단되어 있고 그 평면은 자력선과 평행합니다. 이 경우, 가상 자석의 축과 극은 외부 자기장의 선에 수직이 됩니다.

그림—

코일에 전류가 가해지면 코일의 평면은 영구 자석의 힘선에 수직으로 회전하고 축은 코일과 평행하게 됩니다. 또한, 코일의 회전 방향은 김렛 법칙에 의해 결정됩니다. 그리고 엄밀히 말하면 전류가 회전을 따라 흐르는 방향입니다.