Кој е магнетниот момент? Експериментално определување на магнетни моменти. Погледнете што е „Магнетен момент“ во другите речници

Искуството покажува дека сите супстанции се магнетни, т.е. се способни, под влијание на надворешно магнетно поле, да создадат сопствено внатрешно магнетно поле (добивање свој магнетен момент, магнетизирање).

За да ја објасни магнетизацијата на телата, Ампер сугерираше дека кружните молекуларни струи циркулираат во молекулите на супстанциите. Секоја таква микроструја I i има свој магнетен момент и создава магнетно поле во околниот простор (сл. 1). Во отсуство на надворешно поле, молекуларните струи и оние поврзани со нив се ориентирани случајно, така што добиеното поле во супстанцијата и вкупниот момент на целата супстанција се еднакви на нула. Кога супстанцијата се става во надворешно магнетно поле, магнетните моменти на молекулите добиваат претежно ориентација во една насока, вкупниот магнетен момент станува не-нула, а магнетот се магнетизира. Магнетните полиња на поединечните молекуларни струи повеќе не се компензираат едни со други, а внатре во магнетот се појавува сопствено внатрешно поле.

Да ја разгледаме причината за овој феномен од гледна точка на структурата на атомите врз основа на планетарниот модел на атомот. Според Радерфорд, во центарот на атомот има позитивно наелектризирано јадро, околу кое негативно наелектризираните електрони ротираат во неподвижни орбити. Електронот што се движи во кружна орбита околу јадрото може да се смета како кружна струја (микроструја). Бидејќи насоката на струјата конвенционално се зема како насока на движење на позитивните полнежи, а полнежот на електронот е негативен, насоката на микрострујата е спротивна на насоката на движење на електронот (сл. 2).

Големината на микрострујата I e може да се одреди на следниов начин. Ако за време t електронот направил N вртежи околу јадрото, тогаш полнењето се пренесувало преку платформа лоцирана каде било на патеката на електронот - полнежот на електронот).

Според дефиницијата за тековната јачина,

каде е фреквенцијата на ротација на електроните.

Ако струјата I тече во затворено коло, тогаш таквото коло има магнетен момент чиј модул е ​​еднаков на

Каде С- област ограничена со контура.

За микроструја, оваа област е орбиталната област S = p r 2

(r е радиусот на орбитата), а неговиот магнетен момент е еднаков на

каде што w = 2pn е цикличната фреквенција, е линеарната брзина на електронот.

Моментот е предизвикан од движењето на електронот во неговата орбита, и затоа се нарекува орбитален магнетен момент на електронот.

Магнетниот момент p m што го поседува електронот поради неговото орбитално движење се нарекува орбитален магнетен момент на електронот.

Насоката на векторот формира десен систем со насоката на микрострујата.

Како и секоја материјална точка што се движи во круг, електронот има аголен импулс:

Аголниот моментум L што го поседува електронот поради неговото орбитално движење се нарекува орбитален механички аголен моментум. Тој формира десен систем со насока на движење на електроните. Како што може да се види од сл. 2, насоките на векторите и се спротивни.

Се покажа дека, покрај орбиталните моменти (т.е. предизвикани од движењето долж орбитата), електронот има свои механички и магнетни моменти.

Првично, тие се обидоа да го објаснат постоењето сметајќи го електронот како топка што ротира околу сопствената оска, па затоа сопствениот механички аголен момент на електронот беше наречен спин (од англискиот спин - да ротира). Подоцна беше откриено дека таквиот концепт води до голем број противречности и хипотезата за „ротирачки“ електрон беше напуштена.

Сега е утврдено дека спинот на електронот и поврзаниот внатрешен (спин) магнетен момент се интегрално својство на електронот, како неговиот полнеж и маса.

Магнетниот момент на електронот во атомот се состои од орбитални и спин моменти:

Магнетниот момент на атомот е составен од магнетните моменти на електроните вклучени во неговиот состав (магнетниот момент на јадрото е занемарен поради неговата мала).

.

Магнетизација на материјата.

Атом во магнетно поле. Дија- и парамагнетни ефекти.

Да го разгледаме механизмот на дејство на надворешно магнетно поле на електроните што се движат во атомот, т.е. до микроструи.

Како што е познато, кога струјното коло се става во магнетно поле со индукција, се појавува вртежен момент

под чие влијание колото е ориентирано така што рамнината на колото е нормална, а магнетниот момент е долж насоката на векторот (сл. 3).

Електронската микроструја се однесува слично. Сепак, ориентацијата на орбиталната микроструја во магнетно поле не се јавува на ист начин како коло со струја. Факт е дека електронот што се движи околу јадрото и има аголен импулс е сличен на врвот, затоа ги има сите карактеристики на однесувањето на жироскопите под влијание на надворешни сили, особено жироскопскиот ефект. Затоа, кога, кога атомот се става во магнетно поле, вртежниот момент почнува да делува на орбиталната микроструја, со тенденција да го воспостави орбиталниот магнетен момент на електронот долж насоката на полето, се јавува прецесија на векторите околу насоката на векторот (поради жироскопскиот ефект). Фреквенцијата на оваа прецесија

повикани Ларморовафреквенција и е иста за сите електрони на атомот.

Така, кога било која супстанција се става во магнетно поле, секој електрон на атомот, поради прецесијата на неговата орбита околу насоката на надворешното поле, генерира дополнително индуцирано магнетно поле, насочено против надворешното и ослабувајќи го. Бидејќи индуцираните магнетни моменти на сите електрони се насочени подеднакво (спротивно на векторот), вкупниот индуциран магнетен момент на атомот е исто така насочен против надворешното поле.

Феноменот на појавување во магнети на индуцирано магнетно поле (предизвикано од прецесијата на електронските орбити во надворешното магнетно поле), насочено спротивно на надворешното поле и слабеење, се нарекува дијамагнетен ефект. Дијамагнетизмот е вроден во сите природни супстанции.

Дијамагнетниот ефект доведува до слабеење на надворешното магнетно поле во магнетните материјали.

Сепак, може да се појави и друг ефект наречен парамагнетичен. Во отсуство на магнетно поле, магнетните моменти на атомите поради топлинското движење се случајно ориентирани и добиениот магнетен момент на супстанцијата е нула (сл. 4а).

Кога таква супстанција се внесува во еднообразно магнетно поле со индукција, полето има тенденција да ги воспостави магнетните моменти на атомите по должината, па затоа векторите на магнетните моменти на атомите (молекулите) пречекоруваат околу насоката на векторот. Термичкото движење и меѓусебните судири на атомите доведуваат до постепено слабеење на прецесијата и намалување на аглите помеѓу насоките на векторите на магнетните моменти и векторот. магнетни моменти на атомите долж полето

(Сл. 4, б), колку е поголема, толку е поголема и колку е помала, толку е поголема температурата. Како резултат на тоа, вкупниот магнетен момент на сите атоми на супстанцијата ќе стане различен од нула, супстанцијата ќе се магнетизира и во неа ќе се појави сопствено внатрешно магнетно поле, кое ќе биде насочено со надворешното поле и ќе го засили.

Феноменот на појавување во магнети на сопственото магнетно поле, предизвикан од ориентацијата на магнетните моменти на атомите долж насоката на надворешното поле и неговото засилување, се нарекува парамагнетски ефект.

Парамагнетниот ефект доведува до зголемување на надворешното магнетно поле кај магнетите.

Кога било која супстанција се става во надворешно магнетно поле, таа се магнетизира, т.е. добива магнетен момент поради дија- или парамагнетниот ефект, сопственото внатрешно магнетно поле (микростручно поле) со индукција се јавува во самата супстанција.

За квантитативно да се опише магнетизацијата на супстанцијата, се воведува концептот на магнетизација.

Магнетизацијата на магнетот е векторска физичка големина еднаква на вкупниот магнетен момент на единица волумен на магнетот:

Во SI, магнетизацијата се мери во A/m.

Магнетизацијата зависи од магнетните својства на супстанцијата, големината на надворешното поле и температурата. Очигледно, магнетизацијата на магнетот е поврзана со индукцијата.

Како што покажува искуството, за повеќето супстанции и не во многу силни полиња, магнетизацијата е директно пропорционална со јачината на надворешното поле што предизвикува магнетизација:

каде што c е магнетна подложност на супстанцијата, бездимензионална количина.

Колку е поголема вредноста на c, толку повеќе е магнетизирана супстанцијата за дадено надворешно поле.

Тоа може да се докаже

Магнетното поле во супстанцијата е векторски збир на две полиња: надворешно магнетно поле и внатрешно, или внатрешно магнетно поле создадено од микроструи. Векторот на магнетна индукција на магнетно поле во супстанција го карактеризира добиеното магнетно поле и е еднаков на геометрискиот збир на магнетните индукција на надворешните и внатрешните магнетни полиња:

Релативната магнетна пропустливост на супстанцијата покажува колку пати индукцијата на магнетното поле се менува во дадена супстанција.

Што точно се случува со магнетното поле во оваа конкретна супстанција - дали е зајакнато или ослабено - зависи од големината на магнетниот момент на атомот (или молекулата) на оваа супстанца.

Дија- и парамагнети. Феромагнети.

Магнетисе супстанции кои се способни да стекнуваат магнетни својства во надворешно магнетно поле - магнетизација, т.е. создадете сопствено внатрешно магнетно поле.

Како што веќе споменавме, сите супстанции се магнетни, бидејќи нивното внатрешно магнетно поле се определува со векторско збир на микрополиња генерирани од секој електрон од секој атом:

Магнетните својства на супстанцијата се одредуваат со магнетните својства на електроните и атомите на супстанцијата. Врз основа на нивните магнетни својства, магнетите се поделени на дијамагнетни, парамагнетни, феромагнетни, антиферомагнетни и феритни. Да ги разгледаме овие класи на супстанции последователно.

Откривме дека кога супстанцијата се става во магнетно поле, може да се појават два ефекти:

1. Парамагнетно, што доведува до зголемување на магнетното поле во магнетот поради ориентацијата на магнетните моменти на атомите долж насоката на надворешното поле.

2. Дијамагнетна, што доведува до слабеење на полето поради прецесијата на електронските орбити во надворешно поле.

Како да се утврди кој од овие ефекти ќе се случи (или и двете во исто време), кој од нив ќе се покаже како посилен, што на крајот се случува со магнетното поле во дадена супстанција - дали е зајакнато или ослабено?

Како што веќе знаеме, магнетните својства на супстанцијата се определуваат со магнетните моменти на нејзините атоми, а магнетниот момент на атомот е составен од магнетните моменти на орбиталниот и внатрешниот спин на електроните вклучени во неговиот состав:

.

За атоми на некои супстанции, векторскиот збир на орбиталните и спин магнетните моменти на електроните е нула, т.е. магнетниот момент на целиот атом е нула.Кога таквите супстанции се ставаат во магнетно поле, парамагнетниот ефект, природно, не може да настане, бидејќи се појавува само поради ориентацијата на магнетните моменти на атомите во магнетното поле, но овде тие не постојат.

Но, прецесијата на електронските орбити во надворешното поле, што го предизвикува дијамагнетниот ефект, секогаш се случува, затоа дијамагнетниот ефект се јавува кај сите супстанции кога тие се ставаат во магнетно поле.

Така, ако магнетниот момент на атом (молекула) на супстанција е нула (поради взаемна компензација на магнетните моменти на електроните), тогаш кога таквата супстанција се става во магнетно поле, во неа ќе се појави само дијамагнетен ефект. . Во овој случај, сопственото магнетно поле на магнетот е насочено спротивно на надворешното поле и го ослабува. Таквите супстанции се нарекуваат дијамагнетни.

Дијамагнетите се супстанции во кои, во отсуство на надворешно магнетно поле, магнетните моменти на нивните атоми се еднакви на нула.

Дијамагнетите во надворешното магнетно поле се магнетизираат против насоката на надворешното поле и затоа го ослабуваат

B = B 0 - B¢, m< 1.

Слабеењето на полето во дијамагнетниот материјал е многу мало. На пример, за еден од најсилните дијамагнетни материјали, бизмут, m » 0,99998.

Многу метали (сребро, злато, бакар), повеќето органски соединенија, смоли, јаглерод итн. се дијамагнетни.

Ако, во отсуство на надворешно магнетно поле, магнетниот момент на атомите на супстанцијата е различен од нула, кога таквата супстанција се става во магнетно поле, во неа ќе се појават и дијамагнетни и парамагнетни ефекти, но дијамагнетниот ефект секогаш е многу послаб од парамагнетниот и практично е невидлив на неговата позадина. Сопственото магнетно поле на магнетот ќе биде насочено заедно со надворешното поле и ќе го подобри. Таквите супстанции се нарекуваат парамагнети. Парамагнети се супстанции во кои, во отсуство на надворешно магнетно поле, магнетните моменти на нивните атоми не се нула.

Парамагнетите во надворешното магнетно поле се магнетизираат во насока на надворешното поле и го подобруваат. За нив

B = B 0 + B¢, m > 1.

Магнетната пропустливост за повеќето парамагнетни материјали е малку поголема од единството.

Парамагнетните материјали вклучуваат елементи од ретка земја, платина, алуминиум итн.

Ако дијамагнетниот ефект, B = B 0 -B¢, m< 1.

Ако дија- и парамагнетни ефекти, B = B 0 + B¢, m > 1.

Феромагнети.

Сите дија- и парамагнети се супстанции кои се многу слабо магнетизирани, нивната магнетна пропустливост е блиску до единството и не зависи од јачината на магнетното поле H. Заедно со дија- и парамагнетите, постојат супстанции кои можат силно да се магнетизираат. Тие се нарекуваат феромагнети.

Феромагнетите или феромагнетните материјали го добиваат своето име од латинското име на главниот претставник на овие супстанции - железо (ферум). Феромагнетите, покрај железото, вклучуваат кобалт, никел гадолиниум, многу легури и хемиски соединенија. Феромагнетите се супстанции кои можат многу силно да се магнетизираат, во кои внатрешното (внатрешно) магнетно поле може да биде стотици и илјадници пати повисоко од надворешното магнетно поле што го предизвикало.

Својства на феромагнетите

1. Способност да се биде силно магнетизиран.

Вредноста на релативната магнетна пропустливост m кај некои феромагнети достигнува вредност од 106.

2. Магнетна сатурација.

На сл. Слика 5 ја прикажува експерименталната зависност на магнетизацијата од јачината на надворешното магнетно поле. Како што може да се види од сликата, од одредена вредност H, нумеричката вредност на магнетизацијата на феромагнетите практично останува константна и еднаква на J us. Овој феномен го откри рускиот научник А.Г. Столетов и наречен магнетна сатурација.

3. Нелинеарни зависности на B(H) и m(H).

Како што се зголемува напонот, индукцијата првично се зголемува, но како што магнетот се магнетизира, неговото зголемување се забавува, а во силни полиња се зголемува со зголемување според линеарен закон (сл. 6).

Поради нелинеарната зависност B(H),

тие. магнетната пропустливост m зависи на комплексен начин од јачината на магнетното поле (сл. 7). Првично, со зголемување на јачината на полето, m се зголемува од почетната вредност до одредена максимална вредност, а потоа се намалува и асимптотички се стреми кон единство.

4. Магнетна хистереза.

Друга карактеристична карактеристика на феромагнетите е нивната

способноста да се одржи магнетизација по отстранувањето на полето за магнетизирање. Кога јачината на надворешното магнетно поле се менува од нула кон позитивни вредности, индукцијата се зголемува (сл. 8, дел

Кога се намалува на нула, магнетната индукција заостанува во намалувањето и кога вредноста е еднаква на нула, излегува дека е еднаква (резидуална индукција), т.е. Кога надворешното поле ќе се отстрани, феромагнетот останува магнетизиран и е постојан магнет. За целосно демагнетизирање на примерокот, неопходно е да се примени магнетно поле во спротивна насока - . Големината на јачината на магнетното поле, кој мора да се примени на феромагнет за целосно да се демагнетизира се нарекува присилна сила.

Феноменот на заостанување помеѓу промените во магнетната индукција во феромагнет и промените во интензитетот на надворешното магнетизирачко поле кое е променливо по големина и насока се нарекува магнетна хистереза.

Во овој случај, зависноста од ќе биде прикажана со крива во облик на јамка наречена јамки за хистереза,прикажано на слика 8.

Во зависност од обликот на јамката за хистерезис, се разликуваат магнетно тврди и меки магнетни феромагнети. Цврстите феромагнети се супстанции со висока резидуална магнетизација и висока принудна сила, т.е. со широка јамка на хистерезис. Тие се користат за производство на постојани магнети (јаглерод, волфрам, хром, алуминиум-никел и други челици).

Меките феромагнети се супстанции со мала принудна сила, кои многу лесно се ремагнетизираат, со тесен циклус на хистерезис. (За да се добијат овие својства, специјално е создадено таканареченото трансформаторско железо, легура на железо со мала мешавина на силициум). Нивната област на примена е производство на трансформаторски јадра; Тие вклучуваат меко железо, легури на железо и никел (вечна легура, супермалоза).

5. Присуство на Кири температура (точка).

Кири точка- ова е температурната карактеристика на даден феромагнет при која целосно исчезнуваат феромагнетните својства.

Кога примерокот се загрева над точката Кири, феромагнетот се претвора во обичен парамагнет. Кога се лади под точката Кири, ги враќа своите феромагнетни својства. Оваа температура е различна за различни супстанции (за Fe - 770 0 C, за Ni - 260 0 C).

6. Магнетострикција- феноменот на деформација на феромагнети при магнетизација. Големината и знакот на магнетострикција зависат од јачината на магнетизирачкото поле и природата на феромагнетот. Овој феномен е широко користен за дизајнирање моќни емитери на ултразвук кои се користат во сонарите, подводните комуникации, навигацијата итн.

Кај феромагнетите се забележува и спротивен феномен - промена на магнетизацијата при деформација. Легурите со значителна магнетострикција се користат во инструментите што се користат за мерење на притисок и деформација.

Природата на феромагнетизмот

Описната теорија на феромагнетизмот беше предложена од францускиот физичар П. Вајс во 1907 година, а конзистентна квантитативна теорија заснована на квантната механика беше развиена од советскиот физичар Ј. Френкел и германскиот физичар В. Хајзенберг (1928).

Според современите концепти, магнетните својства на феромагнетите се одредуваат со спин магнетните моменти (спинови) на електроните; Само кристалните супстанции чии атоми имаат недовршени внатрешни електронски обвивки со некомпензирани спинови можат да бидат феромагнети. Во овој случај, се јавуваат сили кои ги принудуваат магнетните моменти на спин на електроните да се ориентираат паралелно едни со други. Овие сили се нарекуваат сили на размена на интеракција; тие се од квантна природа и се предизвикани од брановите својства на електроните.

Под влијание на овие сили во отсуство на надворешно поле, феромагнетот е поделен на голем број микроскопски региони - домени, чии димензии се од редот од 10 -2 - 10 -4 cm. Во секој домен, спиновите на електроните се ориентирани паралелно еден на друг, така што целиот домен е магнетизиран до сатурација, но насоките на магнетизација во одделни домени се различни, така што вкупниот (вкупниот) магнетен момент на целиот феромагнет е нула. . Како што е познато, секој систем има тенденција да биде во состојба во која неговата енергија е минимална. Поделбата на феромагнет на домени се случува затоа што кога се формира структура на домен, енергијата на феромагнетот се намалува. Излегува дека точката Кири е температурата на која се случува уништување на доменот, а феромагнетот ги губи своите феромагнетни својства.

Експериментално е докажано постоење на домен структура на феромагнети. Директен експериментален метод за нивно набљудување е методот на фигури во прав. Ако водена суспензија од фин феромагнетен прав (на пример, магнет) се нанесе на внимателно полирана површина на феромагнетен материјал, тогаш честичките се таложат претежно на места со максимална нехомогеност на магнетното поле, т.е. на границите меѓу домените. Затоа, таложениот прав ги оцртува границите на домените, а слична слика може да се фотографира и под микроскоп.

Една од главните задачи на теоријата на феромагнетизмот е да ја објасни зависноста Б(Н) (сл. 6). Ајде да се обидеме да го направиме ова. Знаеме дека во отсуство на надворешно поле, феромагнетот се распаѓа на домени, така што неговиот вкупен магнетен момент е нула. Ова е прикажано шематски на Сл. 9, a, која прикажува четири домени со ист волумен, магнетизирани до заситеност. Кога надворешното поле е вклучено, енергиите на поединечните домени стануваат нееднакви: енергијата е помала за оние области во кои векторот на магнетизација формира остар агол со насоката на полето, и повеќе ако овој агол е тап.

Ориз. 9

- магнетизација на целиот магнет во состојба на заситеност

Ориз. 9

Бидејќи, како што е познато, секој систем се стреми кон минимум енергија, настанува процес на поместување на границите на доменот, во кој обемот на домени со помала енергија се зголемува, а со поголема енергија се намалува (сл. 9, б). Во случај на многу слаби полиња, овие гранични поместувања се реверзибилни и точно ги следат промените во полето (ако полето е исклучено, магнетизацијата повторно ќе биде нула). Овој процес одговара на пресекот на кривата B(H) (сл. 10). Како што полето се зголемува, поместувањата на границите на доменот стануваат неповратни.

Кога полето за магнетизирање е доволно силно, енергетски неповолните домени исчезнуваат (сл. 9, в, дел од Сл. 7). Ако полето се зголеми уште повеќе, магнетните моменти на домените се ротираат по полето, така што целиот примерок се претвора во еден голем домен (сл. 9, г, дел од Сл. 10).

Бројните интересни и вредни својства на феромагнетите овозможуваат широка употреба во различни области на науката и технологијата: за производство на трансформаторски јадра и електромеханички емитери на ултразвук, како постојани магнети итн. Феромагнетните материјали се користат во воените работи: во разни електрични и радио уреди; како извори на ултразвук - во сонар, навигација, подводни комуникации; како постојани магнети - при создавање магнетни мини и за магнетометриско извидување. Магнетометриското извидување ви овозможува да откриете и идентификувате предмети што содржат феромагнетни материјали; се користи во системот против подморници и против мини.

1. Магнетен момент - Видете Магнетизам. Енциклопедиски речник на Брокхаус и Ефрон
2. магнетен момент - МАГНЕТСКИ МОМЕНТ е векторска величина што го карактеризира магнетното поле. својства на материјата. Мм. ги поседуваат сите елементарни честички и системи формирани од нив (атомски јадра, атоми, молекули). Мм. атоми, молекули итн. Хемиска енциклопедија
3. МАГНЕТСКИ МОМЕНТ - Главната количина што го карактеризира магнетниот момент. својства на островот. Изворот на магнетизам (М. м.), според класиката. теорија на ел.-маг. појави, појави макро- и микро(атомски) - електрични. струи. Елем. Изворот на магнетизам се смета за затворена струја. Од искуство и класици. Физички енциклопедиски речник
4. MAGNETIC TORQUE - МАГНЕТЕН ВРТЕЖ, мерење на јачината на постојан магнет или намотка што носи струја. Тоа е максималната сила на вртење (вртежен момент) што се применува на магнет, калем или електричен полнеж во МАГНЕТНО ПОЛЕ поделено со јачината на полето. Наелектризираните честички и атомските јадра исто така имаат магнетен момент. Научен и технички речник
5. МАГНЕТСКИ МОМЕНТ - МАГНЕТНИОТ МОМЕНТ е векторска величина што ја карактеризира супстанцијата како извор на магнетно поле. Макроскопскиот магнетен момент е создаден од затворени електрични струи и уредно ориентирани магнетни моменти на атомски честички. Голем енциклопедиски речник

Може да се докаже дека вртежниот момент М што делува на коло со струја I во еднообразно поле е директно пропорционален на областа што ја тера струјата, јачината на струјата и индукцијата на магнетното поле B. Покрај тоа, вртежниот момент М зависи од позиција на колото во однос на полето. Максималниот вртежен момент Miax се добива кога рамнината на колото е паралелна со линиите на магнетна индукција (сл. 22.17) и се изразува со формулата

(Докажете го ова со формулата (22.6а) и сл. 22.17.) Ако го означиме, добиваме

Количеството што ги карактеризира магнетните својства на струјното коло, кое го одредува неговото однесување во надворешно магнетно поле, се нарекува магнетен момент на ова коло. Магнетниот момент на колото се мери со производот на јачината на струјата во него и областа што ја тера струјата наоколу:

Магнетниот момент е вектор, чија насока се одредува со правилото на десната завртка: ако завртката е свртена во насока на струјата во колото, тогаш преводното движење на завртката ќе ја покаже насоката на векторот. (Сл. 22.18, а). Зависноста на вртежниот момент М од ориентацијата на контурата се изразува со формулата

каде што a е аголот помеѓу векторите и B. Од сл. 22.18, b е јасно дека рамнотежата на колото во магнетно поле е можна кога векторите B и Pmag се насочени по истата права линија. (Размислете во кој случај оваа рамнотежа ќе биде стабилна.)

Познато е дека магнетното поле има ориентирачки ефект врз рамката што носи струја, а рамката се ротира околу својата оска. Ова се случува затоа што во магнетно поле на рамката делува момент на сила еднаков на:

Овде B е векторот на индукција на магнетното поле, е струјата во рамката, S е неговата површина и a е аголот помеѓу линиите на сила и нормалното на рамнината на рамката. Овој израз го вклучува производот, кој се нарекува магнетен диполен момент или едноставно магнетен момент на рамката.Излегува дека големината на магнетниот момент целосно ја карактеризира интеракцијата на рамката со магнетното поле. Две рамки, од кои едната има голема струја и мала површина, а другата има голема површина и мала струја, ќе се однесуваат во магнетно поле на ист начин ако нивните магнетни моменти се еднакви. Ако рамката е мала, тогаш нејзината интеракција со магнетното поле не зависи од нејзината форма.

Удобно е да се земе предвид магнетниот момент како вектор лоциран на линија нормална на рамнината на рамката. Насоката на векторот (нагоре или надолу по оваа линија) се определува со „правилото на гимлетот“: газата мора да биде поставена нормално на рамнината на рамката и да се ротира во насока на струјата на рамката - насоката на движење на gimlet ќе ја означи насоката на векторот на магнетниот момент.

Така, магнетниот момент е вектор нормален на рамнината на рамката.

Сега да го визуелизираме однесувањето на рамката во магнетно поле. Таа ќе се труди вака да се сврти. така што неговиот магнетен момент е насочен по векторот на индукција на магнетното поле B. Мала рамка со струја може да се користи како едноставен „мерен уред“ за одредување на векторот на индукција на магнетното поле.

Магнетниот момент е важен концепт во физиката. Атомите содржат јадра околу кои се вртат електроните. Секој електрон што се движи околу јадрото, како наелектризирана честичка, создава струја, формирајќи, како да е, микроскопска рамка со струја. Да го пресметаме магнетниот момент на еден електрон што се движи во кружна орбита со радиус r.

Електричната струја, т.е. количината на полнење што се пренесува од електрон во орбитата за 1 s, е еднаква на полнежот на електронот e помножен со бројот на вртежи што ги прави:

Според тоа, големината на магнетниот момент на електронот е еднаква на:

Може да се изрази во однос на аголниот моментум на електронот. Тогаш големината на магнетниот момент на електронот поврзана со неговото движење долж орбитата, или, како што велат, големината на орбиталниот магнетен момент, е еднаква на:

Атомот е објект што не може да се опише со класична физика: за такви мали објекти важат сосема различни закони - законите на квантната механика. Како и да е, резултатот добиен за орбиталниот магнетен момент на електронот излегува дека е ист како и во квантната механика.

Поинаква е ситуацијата со сопствениот магнетен момент на електронот - спин, кој е поврзан со неговата ротација околу неговата оска. За спин на електрон, квантната механика дава магнетен момент кој е 2 пати поголем од класичната физика:

и оваа разлика помеѓу орбиталните и спин магнетните моменти не може да се објасни од класична гледна точка. Вкупниот магнетен момент на атомот е збир од орбиталните и спин магнетните моменти на сите електрони, и бидејќи тие се разликуваат со фактор 2, фактор кој ја карактеризира состојбата на атомот се појавува во изразот за магнетниот момент на атомот :

Така, атомот, како обична рамка со струја, има магнетен момент и на многу начини нивното однесување е слично. Особено, како и во случајот со класичната рамка, однесувањето на атомот во магнетно поле е целосно определено од големината на неговиот магнетен момент. Во овој поглед, концептот на магнетен момент е многу важен во објаснувањето на различни физички феномени кои се случуваат со материјата во магнетно поле.

Било какви супстанции. Изворот на формирање на магнетизам, како што е наведено во класичната електромагнетна теорија, се микроструи кои произлегуваат како резултат на движењето на електронот во орбитата. Магнетниот момент е незаменливо својство на сите јадра, атомски електронски обвивки и молекули без исклучок.

Магнетизмот, кој е својствен за сите елементарни честички, соодветно се должи на присуството на механички момент во нив, наречен спин (нивниот механички импулс од квантна природа). Магнетните својства на атомското јадро се составени од спин импулсите на составните делови на јадрото - протони и неутрони. Електронските обвивки (интраатомски орбити) имаат и магнетен момент, што е збир од магнетните моменти на електроните лоцирани на него.

Со други зборови, магнетните моменти на елементарните честички се предизвикани од интраатомски квантен механички ефект познат како спин моментум. Овој ефект е сличен на аголниот момент на ротација околу сопствената централна оска. Импулсот на вртење се мери во Планковата константа, основната константа на квантната теорија.

Сите неутрони, електрони и протони, од кои, всушност, се состои атомот, според Планк, имаат спин еднаков на ½. Во структурата на атомот, електроните кои ротираат околу јадрото, покрај вртечкиот импулс, имаат и орбитален аголен импулс. Јадрото, иако зазема статична положба, има и аголен моментум, кој се создава од ефектот на нуклеарното вртење.

Магнетното поле кое го генерира атомскиот магнетен момент е одредено од различните форми на овој аголен моментум. Најзабележителен придонес во создавањето има ефектот на спин. Според Паулиевиот принцип, според кој два идентични електрони не можат истовремено да бидат во иста квантна состојба, врзаните електрони се спојуваат, а нивниот спин момент добива дијаметрално спротивни проекции. Во овој случај, магнетниот момент на електронот се намалува, што ги намалува магнетните својства на целата структура. Во некои елементи кои имаат парен број на електрони, овој момент се намалува на нула, а супстанциите престануваат да имаат магнетни својства. Така, магнетниот момент на поединечни елементарни честички има директно влијание врз магнетните својства на целиот нуклеарно-атомски систем.

Феромагнетните елементи со непарен број електрони секогаш ќе имаат магнетизам не нула поради неспарениот електрон. Во таквите елементи, соседните орбитали се преклопуваат и сите спин моменти на неспарени електрони ја земаат истата ориентација во просторот, што доведува до постигнување на најниска енергетска состојба. Овој процес се нарекува размена на интеракција.

Со такво усогласување на магнетните моменти на феромагнетните атоми, се јавува магнетно поле. И парамагнетните елементи, составени од атоми со дезориентирани магнетни моменти, немаат свое магнетно поле. Но, ако влијаете на нив со надворешен извор на магнетизам, тогаш магнетните моменти на атомите ќе се усогласат, а овие елементи ќе добијат и магнетни својства.