ГЛАВА VIII. МИКРОСКОПИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА

§ 117. Вводные замечания о строении атома

В главе V все заряды, входящие в состав вещества, были разделены на свободные и связанные. Влияние вещества на поле проявляется в возникновении тока проводимости и электрической и магнитной поляризаций

Для вычисления выражений (117.01) необходимо знать распределение и движение заряженных частиц в веществе. При современном состоянии физика пользуется методом моделей. В основе всех моделей лежит представление о свойствах микрочастиц вещества и вытекающая из этих свойств структура атома.

Будем рассматривать ядро атома химического элемента как частицу, обладающую некоторой массой электрическим зарядом число Менделеева, собственным моментом количества движения (спином) и собственным магнитным моментом Электрон характеризуется массой покоя (иногда мы будем обозначать ее зарядом собственным моментом количества движения (спином) и собственным магнитным моментом те.

Атом элемента с числом Менделеева состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Электроны движутся в атоме стационарно (§ 63), и пространственное распределение плотности заряда и тока не меняется с течением времени. Энергия которой обладает электрон, может принимать лишь дискретный ряд значений Для атома водорода или водородо-подобного иона уровни энергии выражаются формулой

где главное квантовое число (номер уровня). Каждое стационарное состояние электрона характеризуется также величиной полного орбитального момента количества движения и его проекции на произвольное направление

Здесь квантовая постоянная (63.02), орбитальное квантовое число главное квантовое число)» - осевое квантовое число Таким образом, каждому соответствует различных «орбит», отличающихся квантовыми числами

Исследование распределения электронов в атомах показало, что на каждой «орбите», характеризуемой квантовыми числами может находиться не больше двух электронов. Это положение, открытое в 1925 году В. Паули, называется принципом Паули. Так, в атоме гелия два электрона в нормальном состоянии помещаются на орбите . У атома лития два электрона расположены так же, как у , но третий электрон занимает орбиту

Рис. 61.

Два электрона гелия в нормальном состоянии отличаются значением проекции их собственного момента импульса (спина). Проекция спина на направление z равна

где спиновое квантовое число о принимает только значения и Полный спин электронов гелия равен нулю, то есть для одного электрона а для другого Таким образом, электроны гелия характеризуются наборами квантовых чисел . У лития добавляется электрон . У бериллия добавляется электрон в состоянии

Анализируя таким способом элементы периодической системы, можно получить более точную формулировку принципа Паули: в квантовой системе может быть не больше одного электрона в состоянии, характеризуемом данным набором квантовых чисел Наглядно энергетические уровни электронов в атоме можно характеризовать

схемой, изображенной на рисунке 61. Кривые изображают потенциальную энергию электрона как функцию от координаты х (ядро находится в точке ), горизонтальные прямые — уровни энергии.