магнетон Бора

Единица магнитного момента

В атомной физике магнетон Бора (символ μ _B ) является физической константой и естественной единицей для выражения магнитного момента электрона, вызванного его орбитальным или спиновым угловым моментом. ^{[4] [5]} В единицах СИ магнетон Бора определяется как , а в гауссовых единицах СГС как , где $${\displaystyle \mu _{\mathrm {B} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {e} }}}}$$ $${\displaystyle \mu _{\mathrm {B} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {e} }c}},}$$

• e — элементарный заряд ,
• ħ — приведенная постоянная Планка ,
• m _e — масса электрона ,
• с — скорость света .

История

Идея элементарных магнитов принадлежит Вальтеру Ритцу (1907) и Пьеру Вайссу . Еще до модели атомной структуры Резерфорда несколько теоретиков высказали мнение, что магнетон должен включать постоянную Планка h . ^[6] Постулируя, что отношение кинетической энергии электрона к орбитальной частоте должно быть равно h , Ричард Ганс вычислил значение, которое было вдвое больше магнетона Бора в сентябре 1911 года. ^[7] На Первой Сольвеевской конференции в ноябре того же года Поль Ланжевен получил значение . ^[8] Ланжевен предположил, что сила притяжения обратно пропорциональна расстоянию до мощности и, в частности, ^[9] ${\displaystyle e\hbar /(2m_{\mathrm {e} })}$ ${\displaystyle n+1,}$ ${\displaystyle n=1.}$

Румынский физик Штефан Прокопиу получил выражение для магнитного момента электрона в 1913 году. ^{[10] [11]} Это значение иногда упоминается в румынской научной литературе как «магнетон Бора–Прокопиу». ^[12] Магнетон Вейсса был экспериментально получен в 1911 году как единица магнитного момента, равная1,53 × 10−24 джоулей на теслу , что составляет ^около 20% от магнетона Бора.

Летом 1913 года датский физик Нильс Бор получил значения естественных единиц атомного момента импульса и магнитного момента как следствие своей модели атома . ^{[7] [13]} В 1920 году Вольфганг Паули дал магнетону Бора его название в статье, где он противопоставил его магнетону экспериментаторов, который он назвал магнетоном Вейсса . ^[6]

Теория

Магнитный момент электрона в атоме состоит из двух компонентов. Во-первых, орбитальное движение электрона вокруг ядра создает магнитный момент по закону Ампера . Во-вторых, собственное вращение, или спин, электрона имеет спиновый магнитный момент .

В модели атома Бора для электрона, находящегося на орбите с наименьшей энергией, его орбитальный угловой момент имеет величину, равную приведенной постоянной Планка , обозначаемой ħ . Магнетон Бора — это величина магнитного дипольного момента электрона, вращающегося вокруг атома с этим угловым моментом. ^[14]

Спиновый момент импульса электрона равен ⁠1/2⁠ ħ , но собственный магнитный момент электрона, обусловленный его спином, также приблизительно равен одному магнетону Бора, что приводит к g -фактору спина электрона , фактору, связывающему угловой момент спина с соответствующим магнитным моментом частицы, имеющему значение приблизительно 2. ^[15]

Смотрите также

• Аномальный магнитный момент
• Магнитный момент электрона
• Радиус Бора
• Ядерный магнетон
• Парсон Магнетон
• Физическая константа
• эффект Зеемана

Ссылки

1. "2022 CODATA Value: Bohr magneton". Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . Май 2024. Получено 2024-05-18 .
2. О'Хэндли, Роберт С. (2000). Современные магнитные материалы: принципы и применение . John Wiley & Sons . стр. 83. ISBN 0-471-15566-7.(значение обновлено в соответствии с CODATA 2018)
3. "Значение CODATA: магнетон Бора в эВ/Тл". Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности . NIST . Получено 28.08.2022 .
4. Шифф, LI (1968). Квантовая механика (3-е изд.). McGraw-Hill . стр. 440. ISBN 9780070856431.
5. Шанкар, Р. (1980). Принципы квантовой механики . Plenum Press . С. 398–400. ISBN 0306403978.
6. Keith, Stephen T.; Quédec, Pierre (1992). «Магнетизм и магнитные материалы: Магнетон». Из хрустального лабиринта . С. 384–394. ISBN 978-0-19-505329-6.
7. Heilbron, John; Kuhn, Thomas (1969). «Происхождение атома Бора». Hist. Stud. Phys. Sci. 1 : vi–290. doi : 10.2307/27757291 . JSTOR  27757291.
8. Ланжевен, Поль (1911). Кинетическая теория магнетизма и магнетонов . La theorie du rayonnement et les quanta: Rapports et columns de la reunion tenue à Bruxelles, 30 октября или 3 ноября 1911 года, под покровительством ME Solvay. п. 404.
9. Обратите внимание, что формула на странице 404 должна выглядеть так: $${\displaystyle I_{o}={\frac {m}{Me}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}}$$ $${\displaystyle I_{o}={\frac {Me}{m}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}.}$$
10. Прокопиу, Штефан (1911–1913). «Sur les éléments d'énergie» [Об элементах энергии]. Научные анналы Университета Ясси . 7 : 280.
11. Прокопиу, Штефан (1913). «Определение молекулярного магнитного момента по квантовой теории М. Планка». Бюллетень научной секции Руменской академии . 1 : 151.
12. "Штефан Прокопиу (1890–1972)" . Музей науки и технологий Штефана Прокопиу. Архивировано из оригинала 18 ноября 2010 г. Проверено 3 ноября 2010 г.
13. Pais, Abraham (1991). Времена Нильса Бора, в физике, философии и политике . Clarendon Press . ISBN 0-19-852048-4.
14. Алонсо, Марсело; Финн, Эдвард (1992). Физика . Эддисон-Уэсли . ISBN 978-0-201-56518-8.
15. Махаджан, Анант С.; Рангвала, Аббас А. (1989). Электричество и магнетизм. McGraw-Hill . стр. 419. ISBN 978-0-07-460225-6.