Магнетон Бора: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][непроверенная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Нет описания правки
Нет описания правки
Строка 28: Строка 28:
== Дипольный магнитный момент электрона ==
== Дипольный магнитный момент электрона ==
=== Система СГС ===
=== Система СГС ===
Магнитный заряд в системе СГС определяется следующим образом:
[[Магнитный монополь|Магнитный заряд]] в системе СГС определяется следующим образом:
:<math>g_m = \frac{e\hbar}{2c}</math>.
:<math>g_m = \frac{e\hbar}{2c}</math>.
Выделим магнитный заряд в выражении магнетона Бора:
Выделим магнитный заряд в выражении магнетона Бора:
Строка 42: Строка 42:
В системе СИ ситуация несколько иная. Действительно, магнетон Бора здесь орпределяется как:
В системе СИ ситуация несколько иная. Действительно, магнетон Бора здесь орпределяется как:
:<math>\mu_B = \frac{e\hbar}{2m_e} \ </math>,
:<math>\mu_B = \frac{e\hbar}{2m_e} \ </math>,
а магнитный заряд:
а [[Магнитный монополь|магнитный заряд]]:
:<math>g_m = \frac{h}{e} \ </math>.
:<math>g_m = \frac{h}{e} \ </math>.
Здесь также можно выделить магнитный заряд из выражения для магнетона Бора:
Здесь также можно выделить магнитный заряд из выражения для магнетона Бора:

Версия от 08:11, 10 февраля 2010

Магнето́н Бо́ра — единица элементарного магнитного момента.

Данная величина названа в честь Нильса Бора.

Магнетон Бора определяется как

системе СИ). Здесь ħ — постоянная Планка, е — элементарный электрический заряд и me — масса электрона.

Величина магнетона Бора составляет, в зависимости от выбранной системы единиц:

  • μB = 927,400915(26)×10−26 Дж/Тл;
  • μB = 927,400915(26)×10−23 эрг/Гс;
  • μB = 5,7883817555(79)×10−5 эВ/Тл;
  • μB = 5,7883817555(79) эВ/Гс.

Часто используют также величины

  • μB/h = 13,99624604(35)×109 Гц/Тл,
  • μB/hc = 46,6864515(12) м−1Тл−1,
  • μB/k = 0,6717131(12) K/Тл.

Физический смысл величины μB легко понять из полуклассического рассмотрения движения электрона по круговой орбите радиуса r со скоростью v. Такая система аналогична витку с током, сила I которого равна заряду, делённому на период вращения: I = ev /r. Согласно классической электродинамике, магнитный момент витка с током, охватывающего площадь S, равен в СГС

где Ml = mvr — орбитальный момент количества движения электрона. Если учесть, что по квантовым законам орбитальный момент Ml электрона может принимать лишь дискретные значения, кратные постоянной Планка, Ml = ħl, где l — орбитальное квантовое число, принимающее значения 0, 1, 2, …, n−1, то получится следующее выражение:

Таким образом, магнитный момент электрона кратен магнетону Бора. Следовательно, в данном случае μB играет роль элементарного магнитного момента — «кванта» магнитного момента электрона.

Помимо орбитального момента количества движения Ml, обусловленного вращением, электрон обладает собственным механическим моментом — спином, равным s = 1/2 (в единицах ħ). Спиновый магнитный момент μs = 2μBs, то есть в 2 раза больше величины, которую следовало ожидать на основании формулы (1), но так как s = 1/2, то μs = μB. Этот факт непосредственно вытекает из релятивистской квантовой теории электрона, в основе которой лежит уравнение Дирака.

Дипольный магнитный момент электрона

Система СГС

Магнитный заряд в системе СГС определяется следующим образом:

.

Выделим магнитный заряд в выражении магнетона Бора:

где классический радиус электрона, а электрическая постоянная тонкой структуры и комптоновская длина волны электрона.

Таким образом, в системе СГС размерность магнетона Бора совпадает с размерностью магнитного момента диполя:

.

Система СИ

В системе СИ ситуация несколько иная. Действительно, магнетон Бора здесь орпределяется как:

,

а магнитный заряд:

.

Здесь также можно выделить магнитный заряд из выражения для магнетона Бора:

,

где классический радиус электрона, а магнитная постоянная.

Таким образом, размерность физической величины магнетона Бора в системе СИ отличается от размерности магнитного дипольного момента электрона:

.

Круговой виток тока

Даже сегодня в большинстве учебников, где используется система СИ используется не верное определение магнитного момента кругового тока:

,

где электрический ток, а площадь, ограниченная током. Это выражение совпадает по форме с аналогичным выражением в системе СГС (где оно верно!). В действительности магнитный дипольный момент кругового тока в системе СИ должен определяться следующим образом:

,

т.е. учитывать магнитную постоянную.


См. также

Ссылки