Mágneses mechanikai jelenségek - stadopedia
Rutherford kísérletek, hogy tanulmányozza a szórás - által kibocsátott részecskék radioaktív gyógyszerek a fémfólia végeztük 1911-ben Ezeket a kísérleteket a végső kísérleti kimutatása a bolygómű atom modell. Minden anyag atomjai pozitív töltésű magból és negatív töltésű elektronokból állnak, amelyek körkörös pályák mentén mozgatják a magokat. A Rutherford-atom modellje a klasszikus fizika törvényei alapján atomokon belüli mozgás leírását használja. Szerint a klasszikus fizika törvényei, az orbitális mozgás az elektronok nem tartható fenn, mivel az egyenetlen mozgása az elektronok kell kísérnie a kibocsátott elektromágneses hullámok. Valójában a klasszikus fizika törvényei alkalmazhatók makroszkopikus testekre, amelyek nagyon nagy számú elemi részecskéből állnak. Az atomok viselkedését csak kvantum törvények alapján lehet leírni. A kvantumszabályok alkalmazása az atomok elektron mozgásának leírására a Bohr posztulátumokban tükröződik. A posztulátumok azt mutatják, hogy az atomok elektronainak pályái állandóak és diszkrétek. Emissziós vagy felszívódását energiakvantumok atomok következik be, és van társítva ugrásszerű átmenetet elektron egyik pályáról a másikra megengedett.
Egy cirkuláris pályán mozgó elektron mágneses dipólust képez (lásd a 7.7 ábrát).
Mivel az elektron töltése negatív, az elektron mechanikai szögmújának vektora az elektron keringési mozgásának mágneses pillanatának vektorával szemben helyezkedik el. Van:
hol van az elektron forradalmi frekvenciája a sugár pályája mentén,
ahol az elektron mozgása az orbitális pályán halad, az elektron tömege.
Definíció. Az elemi részecske mágneses pillanatának és mechanikai momentumának arányát magnetomechanikai (vagy gyromágneses) aránynak nevezik.
Az elektron orbitális mozgásánál a gyromágneses arány az
Az 1. ábrából. 7.7 hogy az egyes atomok mágneses tulajdonságai kapcsolódnak az elektronok mechanikai forgatásához a mag körül. Ez a tény a magnetomechanikai jelenségekre támaszkodik: a mágnes mágnesezõje elforgatáshoz vezet, és ennek ellenére a mágnes forgása mágnesezõdést okoz.
A mágnes elfordulásának előfordulását az Einstein és de Haas kísérletekben kísérletileg találták (lásd a 7.8. Ábrát).
Egy vékony vasrudat rugalmas szálon felfüggesztettünk a mágnesszelepre. Amikor a rúd mágneses állapotban van egy mágneses áram állandó mágneses mezőjében, az izzószál kis szögben fordul el. A hatás fokozása érdekében a mágnesszelepet nem állandó, hanem váltakozó árammal táplálták a rendszer mechanikai oszcillációinak természetes frekvenciájával egyenlő frekvencián. A rezonancia-oszcillációk amplitúdóját az izzószálra rögzített tükörrel mértük. Az elektron kromágneses arányát a kísérletből becsültük, ami abszolút értékben majdnem kétszerese volt, mint az elektron (7,16) elektron orbitális mozgásának következtében,
Ugyanazt az eredményt kaptuk az elektron gyorsasági arányának nagyságára a Barnett-kísérletben. A vasrudat nagyon gyorsan forgatták. Ebben az esetben a rudat mágnesezik. A tapasztalat magyarázata: egy forgó elektron hasonló a giroszkóphoz. Amikor a rúd elfordult, mindegyik gyroskóp, saját magával együtt, további kényszerforgást kapott. Ebben az esetben az egyes giroszkóp forgási tengelye a kényszerű forgás irányába orientálódik.
Látható, hogy a kísérleti eredmény (7,17) nem áll összhangban, hogy az elméletileg várt érték (7,16) az elektron orbitális mozgással. Magyarázat kapott eltérést kvantumelméletben elektron, mint a többi elemi részecskék saját perdület (centrifugálás), és a megfelelő intrinsic mágneses pillanatban. Ezenkívül az elektron saját momentumainak gyromágneses aránya
Következtetés: A vas, valamint más ferromágnesek mágneses tulajdonságai nem az orbitális, hanem az elektronok belső mágneses pillanatai miatt következnek be.
Az elemi részecskék centrifugálódása a Planck-konstans egészének vagy fél-integrális többszöröse.
Az atom mágneses pillanata vektorosan az elektronok orbitális és belső mágneses pillanataiból és a mag mágneses momentumából áll. A mag szögsebessége a protonok és neutronok mágneses pillanataiból áll. A mag mágneses pillanata általában kicsi az elektron mágneses momentumához képest. Sok jelenséget figyelembe véve a magok mágneses pillanatait nem veszik figyelembe.
A Stern és a Gerlach kísérleteiben (lásd a 7.9. Ábrát) az atomok mágneses momentumait kísérletileg mérjük. Egy atomnyalábot egy erősen inhomogén mágneses téren vezetett át. A mező inhomogenitását az elektromágnes pólusainak speciális alakja biztosította.
Inhomogén mezőben a gerenda atomjai hatnak
hol van az atom mágneses pillanatának és a mágneses mező indukciójának szöge.
A hőmozgás miatt a gerenda különböző atomjainak szögsebességei kaotikusan vannak osztva (tartományon belül). A mágneses mezőn való áthaladás után a képernyőn a folyamatos feszített lézeres nyom helyett külön vonalak szimmetrikusan helyezkednek el a mágneses tér távollétében nyert sugárnyalábhoz képest. A vonalak száma függ az anyag természetétől.
Következtetés: Az atomok mágneses momentumainak az iránya a mágneses mező irányához képest csak diszkrét értékeket vehet fel, vagyis a mágneses momentumnak a mágneses mező irányába történő kinézetét kvantáljuk.
A mérések azt mutatták, hogy az atomok mágneses pillanatai elérhetik a több Bohr-magneton sorrendjét, ahol. Például egy elektron belső mágneses pillanata megegyezik egy Bohr-magnetonnal. Néhány atom esetében az inhomogén mágneses mezőben felhasznált gerenda nem észlelhető. Az ilyen atomok nem rendelkeznek mágneses momentumokkal.