Микро- и макротоки. Магнитные моменты атомов

При изучении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки.

      Макротоками называются токи проводимости и конвекционные токи, связанные с движением заряженных макроскопических тел.

      Микротоками (молекулярными токами) называют токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах.

      Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками.

 Магнитные свойства вещества определяются магнитными свойствами электронов и атомов.

Магнетики состоят из атомов, которые, в свою очередь, состоят из положительных ядер и, условно говоря, вращающихся вокруг них электронов.

      Электрон, движущийся по орбите в атоме эквивалентен замкнутому контуру с орбитальным током:

где е – заряд электрона, ν – частота его вращения по орбите:

 .

      Орбитальному току соответствует орбитальный магнитный момент электрона

,

(6.1.1)

где S – площадь орбиты,   – единичный вектор нормали к S,   – скорость электрона. На рисунке 6.1 показано направление орбитального магнитного момента электрона.

Рис. 6.1

      Электрон, движущийся по орбите, имеет орбитальный момент импульса  , который направлен противоположно по отношению к   и связан с ним соотношением

,

(6.1.2)

      Здесь коэффициент пропорциональности γ называется гиромагнитным отношением орбитальных моментов и равен:

,

(6.1.3)

где m – масса электрона.      Кроме того, электрон обладает собственным моментом импульса  , который называется спином электрона

,

(6.1.4)

где  ,      – постоянная Планка      Спину электрона   соответствует спиновый магнитный момент электрона  , направленный в противоположную сторону:

,

(6.1.5)

      Величину   называют гиромагнитным отношением спиновых моментов

,

(6.1.6)

      Проекция спинового магнитного момента электрона на направление вектора индукции магнитного поля   может принимать только одно из следующих двух значений:

,

(6.1.7)

где   – квантовый магнитный момент электрона – магнетон Бора.      Орбитальным магнитным моментом   атома называется геометрическая сумма орбитальных магнитных моментов всех электронов атома

,

(6.1.8)

где Z – число всех электронов в атоме – порядковый номер элемента в периодической системе Менделеева.      Орбитальным моментом импульса L атома называется геометрическая сумма моментов импульса всех электронов атома:

,