Vectơ momen từ là gì. Thí nghiệm xác định momen từ
Người ta chứng minh được rằng momen M tác dụng lên đoạn mạch có dòng điện I đặt trong trường đều tỉ lệ thuận với diện tích dòng điện chạy qua, cường độ dòng điện và cảm ứng từ B. Ngoài ra, momen M phụ thuộc vào vị trí của mạch so với trường. Mô-men xoắn cực đại Miaks thu được khi mặt phẳng của đường bao song song với các đường cảm ứng từ (Hình 22.17) và được biểu thị bằng công thức
(Chứng minh điều này bằng công thức (22.6a) và hình 22.17.) Nếu kí hiệu thì ta được
Giá trị đặc trưng cho tính chất từ của mạch có dòng điện, xác định hành vi của nó trong từ trường ngoài, được gọi là mômen từ của mạch này. Momen từ của mạch được đo bằng tích của cường độ dòng điện chạy trong mạch và diện tích dòng điện chạy quanh:
Momen từ là một vectơ, chiều của nó được xác định theo quy tắc vít thuận: nếu quay vít theo chiều dòng điện chạy trong mạch thì chuyển động tịnh tiến của vít sẽ chỉ chiều của vectơ (Hình 22.18, a). Sự phụ thuộc của momen lực M vào hướng của đường bao được biểu thị bằng công thức
trong đó a là góc giữa các vectơ và B. Từ hình. 22.18,b, có thể thấy rằng trạng thái cân bằng của mạch trong từ trường có thể xảy ra khi các vectơ B và Rmag cùng hướng trên một đường thẳng. (Hãy nghĩ về trường hợp trong đó trạng thái cân bằng này sẽ ổn định.)
38. Momen từ. Lực tác dụng lên momen từ và năng lượng của nó trong từ trường.
Mômen từ của các hạt cơ bản (electron, proton, nơtron và các hạt khác), như cơ học lượng tử chỉ ra, là do sự tồn tại của mômen cơ học riêng của chúng - spin.
Mô men từ được đo bằng A⋅m 2 hoặc J/T (SI).
Trong trường hợp mạch phẳng có dòng điện, mômen từ được tính bằng , trong đó Tôi- dòng điện trong mạch, S- diện tích đường bao, - vectơ đơn vị của pháp tuyến với mặt phẳng đường bao. Hướng của mô men từ thường được tìm theo quy tắc gimlet: nếu bạn xoay tay cầm của gimlet theo hướng của dòng điện, thì hướng của mômen từ sẽ trùng với hướng chuyển động tịnh tiến của gimlet.
Đối với một vòng kín tùy ý, mô men từ được tìm thấy từ:
đâu là vectơ bán kính được vẽ từ gốc đến phần tử độ dài đường viền
Trong trường hợp chung của sự phân bố tùy ý dòng điện trong môi trường:
,
mật độ hiện tại trong phần tử âm lượng ở đâu đv.
quỹ đạo từ tính khoảng khăc(xem (109.2)) P m = LÀN, có mô đun (131.1)
ở đâu Tôi= e - hiện hành, - tần số quay của electron trên quỹ đạo, S - khu vực quỹ đạo. Nếu êlectron chuyển động theo chiều kim đồng hồ thì dòng điện có chiều ngược chiều kim đồng hồ và véc tơ r m (theo quy tắc vít phải) hướng vuông góc với mặt phẳng quĩ đạo của êlectron.
Như vậy, tổng momen từ của một nguyên tử (phân tử) P a bằng tổng vectơ của các momen từ (quỹ đạo và spin) của các electron đi vào nguyên tử (phân tử):
39. Công làm chuyển động của dây dẫn và đoạn mạch có dòng điện trong từ trường.
Lực, hướng được xác định theo quy tắc bàn tay trái và giá trị - theo định luật Ampère (xem (111.2)), bằng
Dưới tác dụng của lực này, vật dẫn chuyển động song song với chính nó trên đoạn d x ra khỏi vị trí 1 vào vị trí 2. Công mà từ trường thực hiện bằng tôiđ x= đ S - diện tích mà một dây dẫn đi qua khi nó chuyển động trong từ trường, bđ S= dФ - từ thông của vectơ cảm ứng từ xuyên qua khu vực này. Bằng cách này,
tức là, công làm di chuyển một dây dẫn mang dòng điện trong từ trường bằng tích của cường độ dòng điện và từ thông, cắt ngang bởi một dây dẫn chuyển động. Công thức kết quả cũng hợp lệ cho một hướng tùy ý của vectơ TẠI.
công do lực Ampe thực hiện, với sự dịch chuyển hữu hạn tùy ý của mạch trong từ trường: (121.6) tức là, công làm chuyển động một mạch kín có dòng điện trong từ trường bằng tích của cường độ dòng điện trong từ trường. mạch bằng biến thiên từ thông ghép vào mạch. Công thức (121.6) vẫn đúng đối với đường bao có hình dạng bất kỳ trong từ trường tùy ý.
40. Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ trường.Hiệu ứng Hall.
Để rút ra các mẫu chung, chúng ta sẽ giả sử rằng từ trường thống nhất và hạt không chịu tác dụng của điện trường. Nếu hạt mang điện chuyển động trong từ trường với vận tốc v dọc theo đường cảm ứng từ thì góc giữa các vectơ v và TẠI là 0 hoặc . hạt sẽ chuyển động theo một đường tròn, bán kính rđược xác định từ điều kiện QvB= mv 2 / r từ đâu (115.1)
thời gian luân chuyển hạt, tức là thời gian T, mà nó tạo nên một cuộc cách mạng hoàn chỉnh,
Thay biểu thức (115.1) vào đây, ta được (115.2)
tức là chu kỳ quay của hạt trong từ trường đều chỉ được xác định bằng nghịch đảo của điện tích riêng ( Hỏi/ tôi) hạt, và cảm ứng từ của trường, nhưng không phụ thuộc vào tốc độ của nó (tại v<< c). Hoạt động của các máy gia tốc hạt tích điện tuần hoàn dựa trên cơ sở này.
Nếu tốc độ v hạt mang điện chuyển động nghiêng một góc đến véc tơ TẠI. đường xoắn ốc
Thay thế vào biểu thức cuối cùng (115.2), chúng tôi thu được
Hướng mà xoắn ốc xoắn phụ thuộc vào dấu của điện tích của hạt.
hiệu ứng phòng(1879) là sự xuất hiện trong kim loại (hoặc chất bán dẫn) với mật độ dòng điện jđặt trong một từ trường TẠI, điện trường có phương vuông góc với TẠI và j.
ở đâu một - chiều rộng tấm, - chênh lệch điện thế ngang (Hall).
Xét rằng hiện tại Tôi= js= nvS (S - diện tích mặt cắt ngang của độ dày tấm đ, P - nồng độ điện tử, v - tốc độ trung bình của chuyển động có thứ tự của các electron), chúng ta thu được
r= 1/ (vi) - hội trường liên tục phụ thuộc chất. Theo giá trị đo được của hằng số Hall, người ta có thể: 1) xác định nồng độ của các hạt tải điện trong dây dẫn (với bản chất đã biết của độ dẫn điện và điện tích của các hạt tải điện); 2) để đánh giá bản chất của độ dẫn điện của chất bán dẫn (xem § 242, 243), vì dấu của hằng số Hall trùng với dấu của điện tích e các nhà mạng hiện tại. Do đó, hiệu ứng Hall là phương pháp hiệu quả nhất để nghiên cứu phổ năng lượng của các hạt tải điện trong kim loại và chất bán dẫn.
Bất kỳ chất nào. Nguồn gốc của sự hình thành từ tính, theo lý thuyết điện từ cổ điển, là các dòng vi mô phát sinh từ chuyển động của một electron trên quỹ đạo. Mômen từ là một tính chất không thể thiếu của tất cả các hạt nhân, vỏ electron nguyên tử và phân tử mà không có ngoại lệ.
Từ tính, vốn có trong tất cả các hạt cơ bản, là do sự hiện diện của một mômen cơ học trong chúng, được gọi là spin (động lượng cơ học riêng của nó có bản chất lượng tử). Tính chất từ của hạt nhân nguyên tử được tạo nên từ các xung lực spin của các bộ phận cấu thành hạt nhân - proton và neutron. Vỏ điện tử (quỹ đạo nội nguyên tử) cũng có mômen từ, bằng tổng mômen từ của các điện tử nằm trên nó.
Nói cách khác, mô men từ của các hạt cơ bản là do hiệu ứng cơ học lượng tử bên trong nguyên tử, được gọi là động lượng spin. Hiệu ứng này tương tự như động lượng góc quay quanh trục trung tâm của chính nó. Động lượng spin được đo bằng hằng số Planck, hằng số cơ bản của lý thuyết lượng tử.
Theo Planck, tất cả các neutron, electron và proton, trong đó, trên thực tế, nguyên tử bao gồm, có spin bằng ½. Trong cấu tạo của nguyên tử, các electron quay quanh hạt nhân, ngoài động lượng spin, còn có động lượng góc quỹ đạo. Hạt nhân, mặc dù chiếm một vị trí tĩnh, cũng có một động lượng góc, được tạo ra do tác dụng của spin hạt nhân.
Từ trường mà mômen từ nguyên tử tạo ra được xác định bởi các dạng khác nhau của mômen động lượng này. Đóng góp đáng chú ý nhất cho sự sáng tạo là hiệu ứng quay. Theo nguyên lý Pauli, theo đó hai electron giống hệt nhau không thể đồng thời ở cùng một trạng thái lượng tử, các electron liên kết hợp nhất với nhau, trong khi momen quay của chúng thu được các phép chiếu đối xứng hoàn toàn. Trong trường hợp này, mô men từ của electron bị giảm, làm giảm tính chất từ của toàn bộ cấu trúc. Trong một số nguyên tố có số lượng electron chẵn, thời điểm này giảm xuống 0 và các chất không còn có tính chất từ tính. Như vậy, momen từ của từng hạt sơ cấp riêng lẻ có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất từ của toàn bộ hệ thống hạt nhân-nguyên tử.
Các nguyên tố sắt từ có số lượng electron lẻ sẽ luôn có từ tính khác không do electron chưa ghép cặp. Trong các nguyên tố như vậy, các quỹ đạo lân cận trùng nhau và tất cả các khoảnh khắc spin của các electron chưa ghép cặp có cùng hướng trong không gian, dẫn đến việc đạt được trạng thái năng lượng thấp nhất. Quá trình này gọi là tương tác trao đổi.
Với sự liên kết này của các khoảnh khắc từ tính của các nguyên tử sắt từ, một từ trường phát sinh. Còn các nguyên tố thuận từ, gồm các nguyên tử có momen từ mất phương hướng, không có từ trường riêng. Nhưng nếu bạn tác động lên chúng bằng một nguồn từ tính bên ngoài, thì các khoảnh khắc từ tính của các nguyên tử sẽ đồng đều và các nguyên tố này cũng sẽ có được các đặc tính từ tính.
- Mô men từ - See Từ tính. Từ điển bách khoa của Brockhaus và Efron
- momen từ - Véc tơ MAGNETIC MOMENT đại lượng đặc trưng cho từ trường. tính chất của một chất. Mm. sở hữu tất cả các hạt cơ bản và các hệ hình thành từ chúng (hạt nhân nguyên tử, nguyên tử, phân tử). Mm. nguyên tử, phân tử, v.v. bách khoa toàn thư hóa học
- MOMENT TỪ - Đại lượng chủ yếu đặc trưng cho từ trường. thuộc tính trong-va. Nguồn từ tính (M. m.), theo kinh điển. lý thuyết về nam châm điện từ. hiện tượng, yavl. vĩ mô và vi mô (nguyên tử) - điện. dòng điện. yếu tố. một dòng điện kín được coi là một nguồn từ tính. Từ kinh nghiệm và cổ điển. Từ điển bách khoa vật lý
- MÔ-men XOAY TỪ - MAGNETIC TORQUE, phép đo độ mạnh của một nam châm vĩnh cửu hoặc một cuộn dây mang dòng điện. Đây là lực quay (mô-men xoắn) tối đa tác dụng lên nam châm, cuộn dây hoặc điện tích trong TRƯỜNG TỪ chia cho cường độ trường. Hạt mang điện và hạt nhân nguyên tử cũng có momen từ. Từ điển khoa học kỹ thuật
- MOMENT TỪ - MAGNETIC MOMENT - đại lượng vectơ đặc trưng cho một chất là nguồn của từ trường. Momen từ vĩ mô được tạo bởi các dòng điện khép kín và các momen từ định hướng có trật tự của các hạt nguyên tử. Từ điển bách khoa lớn
Được biết, từ trường có tác dụng định hướng lên vòng dây bằng dòng điện và vòng dây quay quanh trục của nó. Điều này xảy ra vì trong từ trường, một momen lực tác dụng lên khung bằng:
M = I S |B → | sinα.
Ở đây B → là vectơ cảm ứng từ trường, I là cường độ dòng điện trong khung, S là diện tích của nó và α là góc giữa các đường sức và phương vuông góc với mặt phẳng của khung. Biểu thức này bao gồm tích I S được gọi là mômen lưỡng cực từ hay đơn giản là mômen từ của vòng. Hóa ra độ lớn của mômen từ đặc trưng hoàn toàn cho tương tác của vòng với từ trường. Hai khung, một khung có dòng điện lớn và diện tích nhỏ, khung còn lại có diện tích lớn và dòng điện nhỏ, sẽ hành xử giống nhau trong từ trường nếu momen từ của chúng bằng nhau. Nếu khung nhỏ, thì tương tác của nó với từ trường không phụ thuộc vào hình dạng của nó.
Thật thuận tiện khi coi mômen từ là một vectơ nằm trên đường vuông góc với mặt phẳng của khung. Hướng của vectơ (lên hoặc xuống dọc theo đường này) được xác định bởi "quy tắc của gimlet": gimlet phải được đặt vuông góc với mặt phẳng khung và quay theo hướng của dòng điện khung - hướng chuyển động của gimlet sẽ chỉ ra hướng của vectơ momen từ.
Do đó, momen từ là một vectơ I S vuông góc với mặt phẳng của khung.
Bây giờ hãy hình dung hành vi của khung trong từ trường. Cô ấy sẽ phấn đấu để xoay chuyển tình thế. sao cho momen từ của nó hướng dọc theo vectơ cảm ứng từ B →
Khoảnh khắc từ tính là một khái niệm quan trọng trong vật lý. Các nguyên tử được tạo thành từ các hạt nhân xung quanh đó các electron quay. Mỗi electron chuyển động xung quanh hạt nhân như một hạt tích điện tạo ra một dòng điện, hình thành nên một khung vi mô với dòng điện. Hãy tính momen từ của một electron chuyển động dọc theo quỹ đạo tròn bán kính r.
Dòng điện, tức là lượng điện tích mà một electron chuyển trên quỹ đạo trong 1 giây, bằng điện tích của electron e, nhân với số vòng quay mà nó tạo ra v / 2πr:
Vậy độ lớn momen từ của electron là:
μ = I S=ev/(2πr) (πr 2) = evr/2.
μ có thể được biểu thị dưới dạng động lượng của electron L=m v r. Sau đó, giá trị của mômen từ của electron liên quan đến chuyển động quỹ đạo của nó, hay, như người ta nói, giá trị của mômen từ quỹ đạo, bằng:
Nguyên tử là một vật thể không thể mô tả bằng vật lý cổ điển: đối với những vật thể nhỏ như vậy, các định luật hoàn toàn khác được áp dụng - định luật cơ học lượng tử. Tuy nhiên, kết quả thu được đối với momen từ quỹ đạo của electron hóa ra lại giống như trong cơ học lượng tử. Mặt khác, tình huống xảy ra với mômen từ của chính electron - spin, liên quan đến chuyển động quay quanh trục của nó. Đối với spin của một electron, cơ học lượng tử đưa ra giá trị của mômen từ, lớn hơn 2 lần so với vật lý cổ điển:
và sự khác biệt này giữa momen từ quỹ đạo và spin không thể được giải thích một cách kinh điển. Tổng mômen từ của một nguyên tử là tổng của mômen từ quỹ đạo và spin của tất cả các electron và vì chúng khác nhau theo hệ số 2, nên biểu thức cho mômen từ của nguyên tử chứa hệ số g(1 Do đó, một nguyên tử, giống như một vòng lặp thông thường với dòng điện, có một mô men từ và ở nhiều khía cạnh, hành vi của chúng là tương tự nhau. Cụ thể, như trong trường hợp khung cổ điển, hành vi của một nguyên tử trong từ trường hoàn toàn được xác định bởi độ lớn của mômen từ của nó. Về vấn đề này, khái niệm momen từ rất quan trọng trong việc giải thích các hiện tượng vật lý khác nhau xảy ra với vật chất trong từ trường.
Nhà nguyện như một nguyên mẫu của báo chí
Những câu trích dẫn về Napoléon - dslinkov — LiveJournal
Tôi báo thù Người đàn ông trên chiếc máy ủi đã phá hủy thành phố