Общие сведения. Опыт показывает, что если какое-либо вещество поместить в магнитное поле напряженностью Н, то это приводит к изменению индукции магнитного поля в веществе:

Опыт показывает, что если какое-либо вещество поместить в магнитное поле напряженностью Н, то это приводит к изменению индукции магнитного поля в веществе:

В = В₀ + В^/, (1)

 

где В₀ = μ ₀∙ Н - индукция магнитного поля в отсутствии вещества, В^/ - дополнительная индукция, которая зависит от магнитных свойств данного вещества. Величина В ^/ пропорциональна магнитному моменту единицы объема вещества J, т.е. В ^/ = μ ₀ J. Магнитный момент единицы объема вещества J называется намагниченностью. Намагниченность, так же как и напряженность магнитного поля, измеряется в единицах (А/м).

Магнитные свойства различных веществ обусловлены магнитными свойствами составляющих их частиц, т.е. атомов или молекул. Рассмотрим для простоты модель одноэлектронного атома, в котором электрон движется вокруг ядра по круговой орбите.

Рисунок 1 Движение электрона в атоме: - орбитальный магнитный момент; - орбитальный механический

момент электрона

Движение заряда по круговой орбите эквивалентно круговому току I, а круговой ток, как известно, обладает магнитным моментом, равным

= I S, (2)

 

где I - сила тока, S = π r² - площадь круга, который обтекает ток I. Если электрон делает один оборот вокруг ядра за время T, то силу эквивалентного тока I можно определить по формуле:

(3)

где w _о – угловая частота вращения электрона вокруг ядра , e – заряд электрона. Подставляя (3) в (2) для орбитального магнитного момента электрона, получим:

P_{m , орб.} = , (4)

где r – радиус орбиты электрона, n - частота вращения электрона по орбите.

С другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса , модуль которого равен

, (5)

где . Вектор (его направление так же определяется по правилу правого винта) называется орбитальным механическим моментом электрона.

Из рисунка 1 следует, что направление и противоположны, поэтому, учитывая выражение (4) и (5) получим

, (6)

где величина равная называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов. Это отношение, определяемое универсальными постоянными, одинаково для любой орбиты, хотя для разных орбит значения u и r различны.

Магнитный момент P_{m орб.} обусловлен орбитальным движением электрона вокруг ядра и поэтому называется орбитальным магнитным моментом.

Всякая элементарная частица наряду с массой и зарядом характеризуется еще и собственным магнитным моментом, который является внутренним свойством частицы. Этот магнитный момент называется спиновым магнитным моментом (Р_{m , s}). Спиновым магнитным моментом обладают такие элементарные частицы, как электрон, протон, нейтрон и др. Следовательно, магнитный момент электрона, вращающегося вокруг ядра равен векторной сумме вектора орбитального P_{m , орб.} и вектора спинового Р_{m , s} магнитных моментов. А у многоэлектронного атома магнитный момент определяется как геометрическая сумма векторов орбитальных магнитных моментов электронов, спиновых магнитных моментов электронов и спиновых магнитных моментов нуклонов (т.е. протонов и нейтронов ядра P_{m , я}). Однако спиновый магнитный момент нуклонов в тысячи раз меньше спинового магнитного момента электрона. Поэтому при рассмотрении многих вопросов величинами Р_{m , я} можно пренебречь.