магнетон Бора

Единица магнитного момента

В атомной физике магнетон Бора (символ μ _B ) — физическая константа и естественная единица для выражения магнитного момента электрона , вызванного его орбитальным или спиновым угловым моментом. ^{[4] [5]} В единицах СИ магнетон Бора определяется как

$${\displaystyle \mu _{\mathrm {B} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {e} }}}}$$

гауссовых единицах СГС

$${\displaystyle \mu _{\mathrm {B} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {e} }c}},}$$

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

История

Идея элементарных магнитов принадлежит Вальтеру Ритцу (1907) и Пьеру Вейсу . Еще до появления модели атомной структуры Резерфорда некоторые теоретики отмечали, что магнетон должен включать в себя 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, чем магнетон Бора в сентябре 1911 года. ^[7] На Первой Сольвеевской конференции в ноябре это году Поль Ланжевен получил . ^[8] Ланжевен предположил, что сила притяжения обратно пропорциональна расстоянию до степени 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 1911 году. ^{[10] [11]} В румынской научной литературе это значение иногда называют «магнетоном Бора – Прокопиу». ^[12] Магнетон Вейсса был экспериментально выведен в 1911 году как единица магнитного момента , равная1,53 × 10 ⁻²⁴ джоулей на тесла , что составляет около 20% магнетона Бора.

Летом 1913 года значения естественных единиц атомного углового момента и магнитного момента были получены датским физиком Нильсом Бором как следствие его модели атома . ^{[7] [13]} В 1920 году Вольфганг Паули дал магнетону Бора свое имя в статье, где он противопоставил его магнетону экспериментаторов, который он назвал магнетоном Вейсса . ^[6]

Теория

Магнитный момент электрона в атоме состоит из двух составляющих. Во-первых, орбитальное движение электрона вокруг ядра порождает магнитный момент согласно круговому 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 угловой момент электрона равен1/2ħ , но собственный магнитный момент электрона, обусловленный его спином, также составляет примерно один магнетон Бора, что приводит к тому, что g -фактор спина электрона , фактор, связывающий угловой момент спина с соответствующим магнитным моментом частицы, имеет значение примерно 2. ^[15]

Смотрите также

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

Рекомендации

1. «Значение CODATA 2018: магнетон Бора» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . 20 мая 2019 года . Проверено 20 мая 2019 г.
2. О'Хэндли, Роберт С. (2000). Современные магнитные материалы: принципы и применение . Джон Уайли и сыновья . п. 83. ИСБН 0-471-15566-7.(значение обновлено в соответствии с CODATA 2018)
3. «Значение CODATA: магнетон Бора в эВ/Т» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Проверено 28 августа 2022 г.
4. Шифф, Л.И. (1968). Квантовая механика (3-е изд.). МакГроу-Хилл . п. 440. ИСБН 9780070856431.
5. Шанкар, Р. (1980). Принципы квантовой механики . Пленум Пресс . стр. 398–400. ISBN 0306403978.
6. Кейт, Стивен Т.; Кедек, Пьер (1992). «Магнетизм и магнитные материалы: Магнетон». Выход из хрустального лабиринта . стр. 384–394. ISBN 978-0-19-505329-6.
7. Хейлброн, Джон; Кун, Томас (1969). «Происхождение атома Бора». Хист. Стад. Физ. наук. 1 :ви–290. дои : 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
   $${\displaystyle I_{o}={\frac {m}{Me}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}}$$
   на странице 404 следует сказать
   $${\displaystyle I_{o}={\frac {Me}{m}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}.}$$
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. Паис, Авраам (1991). «Times» Нильса Бора по физике, философии и политике . Кларендон Пресс . ISBN 0-19-852048-4.
14. Алонсо, Марсело; Финн, Эдвард (1992). Физика . Аддисон-Уэсли . ISBN 978-0-201-56518-8.
15. Махаджан, Анант С.; Рангвала, Аббас А. (1989). Электричество и магнетизм. МакГроу-Хилл . п. 419. ИСБН 978-0-07-460225-6.