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磁矩*

来源: 作者: 时间:2022-05-23 09:45:26 点击量:

定义

在原子中,电子因绕原子核运动而具有轨道磁矩;电子还因自旋具有自旋磁矩;原子核、质子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩。这些对研究原子能级的精细结构,磁场中的塞曼效应以及磁共振等有重要意义,也表明各种基本粒子具有复杂的结构。

分子的磁矩就是电子轨道磁矩以及电子和核的自旋磁矩构成的,磁介质的磁化就是外磁场对分子磁矩作用的结果。

粒子的内禀属性。每种粒子都有确定的内禀磁矩。自旋为s的点粒子的磁矩μ由给出,式中e和m分别是该粒子的电荷和质量,g是一个数值因子。自旋为零的粒子磁矩为零。自旋为1/2的粒子,g=2;自旋为1的粒子,g=1;自旋为3/2的粒子,g=2/3。理论上普遍给出g=1/s。

粒子磁矩可通过实验测定。但实验测定结果并不与此相符,其间差别称为反常磁矩。对于自旋均为1/2的电子、μ子、质子和中子,精确测定其g因子分别为 电子g/2=1.001159652193(10)

μ子g/2=1.001165923(8)

质子g/2=2.792847386(63)

中子g/2=-1.91304275(45)

粒子反常磁矩的来源有二:一是量子电动力学的辐射修正,电子、μ子属于这种情形,即使是点粒子,粒子产生的电磁场对其自身的作用导致自旋磁矩的微小变化,这一改变可以严格地用量子电动力学精确计算,结果与实验测定符合得很好;另一是由于粒子有内部结构和强相互作用的影响,质子和中子属于这种情形,质子和中子的反常磁矩用于分析其内部结构。

折叠载流回路

在一个载流回路中,磁偶极矩是电流乘于回路面积:u=I*a;

其中,u为磁偶极矩,I为电流,a为面积。面积的方向则为右手定则所决定的方向。

载流回路在磁场中的力矩τ和能量U,与磁偶极矩的关系为:

U=T·B

其中,B为磁感应强度。

折叠磁矩简介

描述电流线圈的磁性质以及微观粒子物理性质的物理量。

折叠电流磁矩

圆形电流圈的磁矩为 m =iSn,式中i为电流强度,S为电流圈的面积,n为与i成右手螺旋的单位矢量。如图所示劝拿判戮﹚w6692am庑问降钠矫姹蘸系缏返拇啪匾部尚次缌髑慷扔朊婊某嘶

磁矩电与磁有许多相似之处。一个小电流圈可以看成正负磁极组成的磁偶极子,它在远区激发的磁场和在外磁场中的行为同电偶极子在远区激发的电场和在外电场中的行为类似。磁矩M在远区的磁场,同电矩p在远区的电场类似,

磁矩磁矩

,

式中μo为真空磁导率,r为磁矩到场点的位矢。磁矩M在外磁场B中受的力F和力矩L同电偶极子在外电场的情况类似,分别为 F=墷(m ·B),Lm ×B

与电多极矩类似,也存在磁多极矩,其级窗拿判戮﹚w6692am2 (l=1,2,3,…)表之,l=1,即上述的磁偶极矩,l=2为磁四极矩。这些在电磁辐射中有广泛应用。

折叠电子磁矩

在原子中,电子绕原子核运动,具有相应的轨道磁矩;电子本身还具有自旋磁矩。无论轨道磁矩还是自旋磁矩都是量子化的,它们在空间劝拿判戮﹚w6692am夥较虻耐队爸狄彩橇孔踊,经常用的却是后者。自旋磁矩μs在空间劝拿判戮﹚w6692am夥较颍ㄈ绱懦》较,常取为z轴)的投影值为

磁矩磁矩

式中μB=eh/4πme=9.274078×10 (安·米 )称为玻尔磁子、me为电子质量,e为电子电量的绝对值,h为普朗克常数。

轨道磁矩在空间劝拿判戮﹚w6692am夥较虻耐队爸滴μB的正、负整数倍或为零。整个原子的磁矩为原子中各电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。原子磁矩在研究原子能级的精细结构、磁场中的塞曼效应以及磁共振等方面具有重要意义。

折叠粒子磁矩

近代物理的理论和实验都证明:原子核、质子、中子以及其他基本粒子都具有确定的自旋角动量和自旋磁矩,不过自旋磁矩与质量成反比,所以质子的自旋磁矩比电子的小得多。这些粒子除具有上述的磁矩(称为正常磁矩)外,还具有反常磁矩,并且,质子的反常磁矩比正常磁矩还大。中子的电荷为零,它没有正常磁矩,但确有很大的反常磁矩,这说明质子、中子等粒子内部具有复杂的结构。

许多基本粒子(例如电子)都有内禀磁矩,这种磁矩和经典物理的磁矩不同,必须使用量子力学来解释它,和粒子的自旋有关。而这种内禀磁矩即是许多在宏观之下磁力的来源,许多的物理现象也和此有关。这些内禀磁矩是量子化的,也就是它有最小的基本单位,常常称为“磁子”(magneton)或磁元,例如电子自旋磁矩的矢量绝对值即和玻尔磁子成比例关系:

其中为电子自旋磁矩,电子自旋g因子gs是一项比例常数,μB为玻尔磁子,s为电子的自旋角动量。

                                                                                                                                                                              责编:李玉珍

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