Происхождение магнитного момента свободного атома
Обстоятельства, которые приводят к образованию парамагнитной и диамагнитной составляющих. Особенности явления диамагнетизма. Расчет магнитного момента атома. Характеристика электронного парамагнетизма и классы физических объектов, что его проявляют.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.12.2014 |
| Размер файла | 3,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Происхождение магнитного момента свободного атома связано с:
1. Наличием спина, которым обладают все электроны
2. Наличием у всех электронов орбитального момента количества движения (углового момента), связанного с их движением вокруг ядра
3. Изменением орбитального момента при наложении внешнего магнитного поля
Первые два обстоятельства приводят к образования парамагнитной составляющей, а третье - к диамагнитной.
Явление диамагнетизма связано со стремлением зарядов частично экранировать внутреннюю часть объема тела от действия внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. При наложении магнитного поля возникает некоторый электронный ток вокруг ядра, эквивалентный определённому магнитному моменту, направление которого противоположно направлению внешнего поля. Вещество приобретает некоторую намагниченность (магнитный момент единицы объёма). А его магнитная восприимчивость определяется формулой: парамагнитный диамагнетизм атом электронный
И будет всегда отрицательна. Строго говоря, вещества с отрицательной восприимчивостью относятся к диамагнетикам, а с положительной - к парамагнетикам.
Согласно теореме Лармора движение электрона вокруг ядра в магнитном поле В происходит так же, как и в отсутствии поля, но на него дополнительно накладывается общая прецессия с угловой частотой
Для системы Z электронов ларморовская прецессия эквивалентна току:
Магнитный момент атома (для поля, параллельного оси симметрии системы и сферически симметричного распределения заряда):
Полагая, что число атомов на единицу объёма равно N, получаем диамагнитную восприимчивость:
Остаётся только выяснить характер распределения электронов в атоме.
Если направление поля не совпадает с осью симметрии системы приходится пользоваться общей теорией Ван Флека. Для полной молярной восприимчивости имеем:
Электронный парамагнетизм (положительный вклад в восприимчивость) проявляют следующие классы физических объектов:
1. Атомы, молекулы и дефекты решётки у которых число электронов нечётное (т.к. полный спин не может быть равен 0)
2. Свободные атомы и ионы с незаполненной внутренней электронной оболочкой
3. Некоторые соединения с чётным числом электронов
4. Металлы
Намагниченность среды в веществе возникает за счёт ориентирования магнитных моментов под действием внешнего поля по направлению этого поля. Ориентирующему действию поля препятствует лишь тепловое движение. Энергия взаимодействия момента с полем:
Намагниченность при тепловом равновесии вычисляется по формуле Ланжевена:
Где x = B/kBT , а L(x) - функция Ланжевена:
При x<<1, L(x) = x/3 и для намагниченности имеем закон Кюри:
Этот результат справедлив лишь для предельного случая. При низких температурах наблюдается эффект насыщения.
В свободном пространстве магнитный момент атома или иона выражается формулой:
Где полный момент количества движения ћJ есть сумма орбитального ћL и спинового ћS моментов. Постоянная - магнетомеханическое (гиромагнитное) отношение, есть отношение магнитного момента к механическому. Величина g - фактор спектроскопического расщепления, для электронного спина он примерно равен 2. Для свободного атома с орбитальным моментом:
А магнетон Бора:
Он по величине близок к спиновому магнитному моменту свободного электрона.
Энергетические уровни системы в магнитном поле описываются соотношением:
Где mj - азимутальное квантовое число, принимающее значения J, J-1, … , -J
При отсутствии орбитального момента энергия расщепляется на два уровня, mj = ±1/2
Равновесные относительные населённости этих уровней:
Где N1, N2 - населённости верхнего и нижнего уровней.
Проекция суммарного магнитного момента частиц, находящихся в верхнем состоянии, на направление магнитного поля равна -, а частиц в нижнем состоянии . В низкоэнергетическом состоянии магнитный момент параллелен магнитному полю.
Результирующая намагниченность всех N атомов в единице объёма:
Где х= B/kBT,
При x<<1 - слабые поля, thx = x, получаем:
В магнитном поле атом с моментом количества движения описываемым квантовым числом J, имеет 2J+1 эквидистантных энергетических уровня. В таком случае намагниченность:
Где BJ (x) - функция Бриллюэна:
При x<<1 получим:
Здесь p - эффективное число магнетонов Бора.
Магнитные моменты ядер значительно меньше, чем магнитные моменты электрона, примерно в 1000 раз. Следовательно, парамагнитная восприимчивость ядер будет в 106 раз меньше.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Суть явления ядерного магнитного резонанса. Его преимущества и недостатки. Прецессия вектора магнитного момента ядра. Получение спектра ЯМР из сигнала с помощью Фурье-преобразования. Простейшая конструкция датчиков поверхностного ЯМР и их применение.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.05.2016Электрический заряд и закон его сохранения в физике, определение напряженности электрического поля. Поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Свойства магнитного поля, движение заряда в нем. Ядерная модель атома и реакции с его участием.
контрольная работа [5,6 M], добавлен 14.12.2009Функционирование асинхронных машин в режиме генератора. Устройство асинхронных двигателей и их основные характеристики. Получение вращающегося магнитного потока. Создание вращающего момента. Частота вращения магнитного потока статора и скольжения.
реферат [206,2 K], добавлен 27.07.2013Способ измерения составляющих уравнения Пуассона, описывающих напряженность магнитного поля намагниченного ферромагнитного объекта в точке размещения чувствительного элемента индукционного компаса в зависимости от распределения токов в обмотках РУ.
статья [95,8 K], добавлен 23.09.2011Строение атома. Атом как целое. Структура атома: опыты Резерфорда, планетарная модель атома Резерфорда, квантовые постулаты Бора. Лазеры: история создания, устройство, свойства, применение лазера в ювелирной отрасли, в медицине.
реферат [481,9 K], добавлен 13.04.2003Регулирование скорости тягового электродвигателя при изменении магнитного поля. Пересчет характеристик при изменении магнитного поля и смешанном возбуждении. Особенности магнитного потока при шунтировании сопротивления и изменением числа витков обмотки.
презентация [321,9 K], добавлен 14.08.2013Модели строения атома. Формы атомных орбиталей. Энергетические уровни атома. Атомная орбиталь как область вокруг ядра атома, в которой наиболее вероятно нахождение электрона. Понятие протона, нейтрона и электрона. Суть планетарной модели строения атома.
презентация [1,1 M], добавлен 12.09.2013История открытия радиоактивности, модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Правило квантования Бора-Зоммерфельда. Боровская теория водородоподобного атома, схема его энергетических уровней. Оптические спектры испускания атомов.
презентация [3,7 M], добавлен 23.08.2013Теоретическая характеристика магнитного импеданса и методика его исследования. Основные факторы, влияющие на МИ-эффект. Влияние упругих растягивающих напряжений на магнитоимпеданс аморфных фольг. Датчики магнитного поля на основе магнитного импеданса.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 16.12.2010Этапы исследований строения атома учеными Томсоном, Резерфордом, Бором. Схемы их опытов и интерпретация результатов. Планетарная модель атома Резерфорда. Квантовые постулаты Бора. Схемы перехода из стационарного состояния в возбужденное и наоборот.
презентация [283,3 K], добавлен 26.02.2011Расчет магнитной индукции поля. Определение отношения магнитного поля колебательного контура к энергии его электрического поля, частоты обращения электрона на второй орбите атома водорода, количества тепла при охлаждении газа при постоянном объёме.
контрольная работа [249,7 K], добавлен 16.01.2012Нильс Бор ученый и человек. Успехи и недостатки теории Бора. Теория Бора позволила объяснить целый ряд сложных вопросов строения атома и фактов, чего была не в состоянии сделать классическая физика.
реферат [41,2 K], добавлен 25.12.2002Экспериментальное наблюдение характеристического излучения атома натрия в возбуждённом состоянии - в процессе горения; определение длины волны и энергетического уровня перехода наружного электрона, которым обусловлен характеристический цвет излучения.
практическая работа [13,7 K], добавлен 07.12.2010Складові частини атома: ядро, протони, нейтрони та електрони. Планетарна модель атома або модель Резерфорда. Керована та некерована ланцюгова ядерна реакція. Поняття ядерного вибуху як процесу вивільнення великої кількості теплової і променевої енергії.
презентация [2,3 M], добавлен 21.05.2012Гипотезы монополя Дирака. Магнитный заряд электрона, который тождественен кванту магнитного потока, наблюдаемого в условиях сверхпроводимости. Анализ эффекта квантования магнитного потока. Закон Кулона: взаимодействие электрического и магнитного заряда.
статья [205,4 K], добавлен 09.12.2010Дослідження та винаходи, які сприяли формуванню гіпотези про складну будову атома: відкриття субатомних частинок, рентгенівські промені та радіоактивність. Перша модель атома Дж.Дж. Томсона. Планетарна модель Резерфорда. Теорія та постулати Бора.
курсовая работа [985,6 K], добавлен 26.09.2012Этапы нахождения момента инерции электропривода. Технические данные машины. Построение графика зависимости момента сопротивления от скорости вращения. Оценка ошибок во время измерения, полученных в связи с неравномерностью значений момента инерции.
лабораторная работа [3,6 M], добавлен 28.08.2015Изучение явления диамагнетизма и парамагнетизма. Магнитная восприимчивость атомов химических элементов. Магнитный атомный порядок и спонтанная намагниченность у ферромагнитных минералов. Твердая, жидкая и газовая фазы. Магнитные свойства осадочных пород.
презентация [282,8 K], добавлен 15.10.2013Анализ всеобщего свойства движения веществ и материи. Способы определения квазиклассического магнитного момента электрона. Сущность, особенности и доказательство теории WAZA, ее вклад в развитие физики и естествознания. Парадоксы в теории П. Дирака.
доклад [137,8 K], добавлен 02.03.2010Так как вещества взаимодействуют с внешним электромагнитным полем, то изолированные атомы обладают магнитными свойствами. Экспериментальным доказательством существования магнитного атомного момента и пространственного квантования является эффект Зеемана.
реферат [343,3 K], добавлен 28.12.2008
