Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Электрические токи в атомах и молекулах

Согласно современным представлениям о строении атомов и молекул они состоят из положительно заряженных ядер и вращающихся вокруг них отрицательно заряженных электронов. Самой простой моделью ато­ма является так называемая планетарная модель, в которой электроны рассматриваются как материальные точки, вращающиеся по круговым орбитам вокруг ядра. Эта модель позволяет в первом приближении объ­яснить магнитные свойства различных веществ (магнетиков).

Рис. 7.1. К вычислению магнитного момента электрона в атоме

Итак, пусть электрон в атоме движется вокруг ядра по окружности (рис. 7.1). В таком случае электрон подобен круговому контуру с током и также характеризуется магнитным моментом р_т. Направление тока, создаваемого вращающимся электроном, противоположно направлению его скорости, так как электрон несет отрицательный заряд -е. По опре­делению вектор р_т перпендикулярен плоскости орбиты электрона, а его направление связано с направлением тока в контуре правилом правого винта. По определению модуль вектора р _т равен произведению силы тока на площадь контура:

p_m =IS

Сила тока, создаваемого вращающимся по орбите электроном, равна от­ношению его заряда к периоду Т обращения электрона вокруг ядра:

I= e/T

Период Т связан со скоростью v и длиной орбиты 2 pr соотношением

T=2 pr /v

При помощи этих соотношений найдем, что

p_m = evr/2.

Рассмотренный магнитный момент р_т электрона обусловлен его дви­жением вокруг ядра и называется орбитальным магнитным моментом. В некотором смысле электрон подобен вращающемуся заряженному ша­рику. Поэтому электрон^ имеет еще так называемый собственный маг­нитный момент.

В атомах и молекулах имеется несколько электронов. Магнитным моментом р_т молекулы (или атома) называется векторная сумма маг­нитных моментов входящих в ее состав электронов:

р _т. = å р _тi. (7.1)

где р _т. - магнитный момент i-го электрона, который равен сумме его орбитального и собственного магнитных моментов.

Магнитное поле, создаваемое токами, которые не входят в состав рас­сматриваемой системы, называется внешним по отношению к этой систе­ме.

Молекула называется диамагнитной, если ее магнитный момент в от­сутствие внешнего поля равен нулю. Под действием внешнего магнит­ного поля диамагнитная молекула приобретает магнитный момент. Это явление называется намагничиванием. Молекула, магнитный момент которой не равен нулю, даже когда внешнего поля нет, называется па­рамагнитной. Такая молекула ведет себя в магнитном поле, как рамка с током. Силы Ампера, с которыми магнитное поле действует на па­рамагнитную молекулу, стремятся развернуть молекулу так, чтобы ее магнитный момент был направлен по полю, т.е. в ту же сторону, что и вектор магнитной индукции. Этому препятствует тепловое движение молекул.

В атомах и молекулах электроны, движущиеся по одной орбите, обра­зуют пары. Собственные магнитные моменты электронов в этих парах всегда направлены в противоположные стороны так, что их сумма равна нулю. Если число электронов в атоме или молекуле четное, то ее пол­ный магнитный момент может оказаться равным нулю. Любой атом и молекула с нечетным числом электронов всегда парамагнитны.