МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

Для объяснения магнитных свойств различных веществ необходимо рассмотреть действие магнитного поля на движущиеся заряды в молекулах и атомах вещества, в частности на электроны, вращающиеся по некоторым орбитам. Оси вращения электронов могут быть ориентированы под различными углами к направлению

внещнего поля. Упростим рассуждения, заменив вращение со по каждой орбите на два вращения: относительно оси, совпадающей с направлением поля, и относительно перпендикулярной оси (рис. II 1.72).

На орбиту с осью вращения со стороны поля действует только поворачивающий момент. Суммируя эти моменты по всем электронным орбитам данного тела, можно найти результирующий вращающий момент, действующий на тело. Если тело не намагничено и в ориентировках электронных орбит нет никакого порядка, то этот результирующий момент будет равен нулю. Для намагниченного тела, имеющего некоторый порядок в расположении электронных орбит, вращающий момент отличен от нуля.

Выясним теперь действие магнитного поля на вращение электрона в плоскости, перпендикулярной полю. Допустим, что в однородном магнитном поле электрон вращается вокруг заряда по окружности радиуса со скоростью Кулоновская сила является центростремительной, поэтому в отсутствие поля

Рис. III.72

Магнитный момент орбиты, согласно формуле (3.28), равен

При наличии поля на электрон действует сила Лоренца так как плоскость орбиты перпендикулярна то сила Лоренца, в зависимости от направления движения электрона по орбите, будет направлена либо от оси (рис. III.7% а), либо к оси вращения (рис. 111.73, б). Тогда вместо формул (3.87) и (3.88) следует написать:

Следовательно, скорость движения электрона по орбите при наличии поля должна обличаться от скорости в отсутствие поля. Найдем разность этих скоростей из выражений (3.89) и (3.87):

Изменение магнитного момента орбиты

Следует подчеркнуть, что сила Лоренца, всегда перпендикулярная направлению движения электрона, не может изменить величину скорости электрона. Необходимое для соотношения (3.89) изменение скорости электрона осуществляется тем электрическим полем, которое возбуждается магнитным полем При «включении» этого поля (или при введении атома в это магнитное поле) значение для атома должно со временем изменяться от нуля до При этом, согласно теории электромагнитного поля (см. § 24), возбуждается электрическое поле, действующее на электрон и изменяющее его энергию. Можно показать, что изменение энергии электрона не зависит от быстроты установления поля, а определяется только конечным значением До. Суммарное действие магнитного и индуцированного им электрического поля приводит к увеличению скорости электрона при неизменном радиусе орбиты.

Докажем, что при любом направлении вращения электрона вектор направлен против внешнего поля. У брбиты типа силы и направлены в разные

стороны; в этом случае скорость движения электрода при наличии поля должна быть меньше, чем в отсутствие поля, и поэтому направлено против следовательно, против

Рис. III.73

У орбиты типа сила направлена к оси вращения, поэтому должно быть больше следовательно, направлено в ту же сторону, что и т. е. опять-таки против поля Таким образом, в векторной записи для каждой орбиты изменения магнитного момента