4. Гиромагнитное отношение орбитальных моментов

Для одиночного точечного заряда, движущегося со скоростью v,

где M— масса, а р — импульс частицы, несущей этот заряд. Таким

образом, классическая физика приводит к соотношению Где Г=. Для электрона в этом случае отношение Г магнитного момента электрона к механическому называется гиромагнитным отношением для орбитального движения электрона.

5. Магнитная энергия атомов

В квантовой механике магнитный момент атомной системы может быть связан с моментом количества движения соотношением (34.6):

,                    (34.27)

где - заряд, a- масса электрона.

Атомные магнитики, будучи помещены во внешнее магнитное поле, приобретут дополнительную магнитную энергию, которая зависит от компоненты их магнитного момента в направлении поля. Мы знаем, что

.                       (34.28)

Выбирая ось вдоль направления поля, получаем

.             (34.29)

А используя уравнение (34.27), находим

.

Согласно квантовой механике, величина может принимать только такие значения:. Поэтому магнитная энергия атомной системы не произвольна, допустимы только некоторые ее значения. Например, максимальная величина энергии равна

.

Величину обычно называют «магнетоном Бора» и обозначают через:

.

Возможные значения магнитной энергии будут следующими:

,

где принимает одно из следующих значений:.

Другими словами, энергия атомной системы, помещенной в магнитное поле, изменяется на величину, пропорциональную полю и компоненте . Мы говорим, что энергия атомной магнитной системы «расщепляется магнитным полем науровня». Например, атомы со спином, энергия которых вне магнитного поля равна, в магнитном поле будут иметь четыре возможных значения энергии. Эти энергии можно изобразить на диаграмме энергетических уровней наподобие фиг. 34.5. Однако энергия каждого атома в данном полепринимает только одно из четырех возможных значений. Именно это говорит квантовая механика о поведении атомной системы в магнитном поле.

6. Опыты Штерна и Герлаха

Опыт подтвердил наличие у атомов спина (изначально в эксперименте участвовали атомы серебра, а потом и других металлов) и факт пространственного квантования направления их магнитных моментов.

Опыт состоял в следующем: пучок атомов серебра пропускали через сильно неоднородное магнитное поле, создаваемое мощным постоянным магнитом. При прохождении атомов через это поле, в силу обладания ими магнитных моментов, на них действовала зависящая от проекции спина на направление магнитного поля сила, отклонявшая летящие между магнитами атомы от их первоначального направления движения. Причём, если предположить, что магнитные моменты атомов ориентированы хаотично (непрерывно), то тогда на расположенной далее по направлению движения атомов пластинке должна была проявиться размытая полоса. Однако вместо этого на пластинке образовались две достаточно чёткие узкие полосы, что свидетельствовало в пользу того, что магнитные моменты атомов вдоль выделенного направления принимали лишь два определённых значения, что подтверждало предположение квантово-механической теории о квантовании магнитного момента атомов.

Позднее с аналогичными результатами были проделаны опыты для пучков атомов других металлов, а также пучков протонов и электронов. Эти опыты доказали существование магнитного момента у рассмотренных частиц и показали их квантовую природу, явив собой доказательство постулатов квантовой теории.

12. Тема

13. Тема