Magnētisma būtība
1. materiālās magnētisma izcelsme
Ja magnēts ir elektromagnētiskais virpulis, magnēts un neredz elektromagnētisko virpu, tad kāpēc tas ir magnētisks?
mūsu atbilde ir: vielas magnētiskās īpašības rodas no elektronu kustības atomā, un elektronu kustība rada elektromagnētiskā ētera virpuļojumu. Jau 1820. gadā dāņu zinātnieks Osteris atklāja elektriskās strāvas magnētisko efektu. Pirmo reizi tas parādīja saistību starp magnetismu un elektrību, tādējādi savienojot elektrību un magnetismu. Lai izskaidrotu pastāvīgo magnētu fenomenu un magnetizāciju, Amper ierosināja molekulārās strāvas hipotēzi. Ampere uzskata, ka jebkura vielas molekulā ir zibspuldze, ko sauc par molekulāro strāvu, un molekulārais strāva ir līdzvērtīga elementārajam magnētam. Ja vielai nav magnetisms makroskopiskā līmenī, šo molekulāro strāvu orientācijas ir neregulāras, un no ārpuses radītie magnētiskie efekti atvieno viens otru, tādējādi viss objekts nav magnētisks. Ārējā magnētiskā lauka iedarbībā katrs molekulārais spriegums, kas ir ekvivalents elementārajam magnētam, mēdz būt orientēts ārējā magnētiskā lauka virzienā, izraisot objekta magnētismu. Ir būtiska saikne starp magnētiskajām parādībām un elektriskām parādībām. Materiāla magnētiskās īpašības un elektronu struktūra ir cieši saistītas. Ullenbeck un Goldsmith vispirms ierosināja jēdzienu elektronu spin, kas ir domāt par elektronu kā lādētu bumbu. Viņi domā, ka, līdzīgi kā zemes kustība ap sauli, no vienas puses ap vienu kodolu izplešas elektroni, un ir atbilstoša orbītā. No otras puses, leņķiskais moments un orbītas magnētiskais moments griežas ap viņu pašu asi, izmantojot griešanās leņķisko momentu un atbilstošo griešanās magnētisko momentu. Magnētiskais moments, ko Sterns-Galahs mēra no sudraba atomu staru eksperimenta, ir spin magnētiskais moments. (Tagad cilvēki domā, ka nav pareizi uzskatīt elektronu vērpšanu kā lodīšu rotāciju ap savu asi). Elektronu rotācija ap kodolu apļveida orbītā un apgrieztā kustība ap sevi radīs elektromagnētisko ēteri veido magnetismu. Magnētisma aprakstīšanai tiek izmantoti bieži sastopamie magnētiskie momenti. Tāpēc elektroniem ir magnētiskais moments, kas sastāv no elektronu orbītas magnētiskā momenta un spin magnētiskā momenta. Kristālā elektronu orbītas magnētisko momentu ietekmē kristāla režģis, mainās tā virziens un nav iespējams veidot locītavu magnētisko momentu, un no ārpuses nav magnētiskā efekta. Tāpēc vielas magnētiskās īpašības neizraisa elektronu orbītas magnētiskais moments, bet galvenokārt magnētiskais griešanās moments. Katra elektronu spin magnētiskā momenta aptuvenā vērtība ir vienāds ar vienu Bohr magnētu. Vai atomu magnētiskā momenta vienība,. Tā kā kodols ir apmēram 2000 reizes smagāks par elektronu un tā kustības ātrums ir tikai daži tūkstoši no elektronu ātruma, kodola magnētiskais moments ir tikai daži tūkstoši elektronu, kas ir niecīgs. Izolēta atoma magnētiskais moments tiek noteikts pēc atoma struktūras. Ja atomā ir nepiepildīts elektronu apvalks, elektronu griešanās magnētiskais moments netiek atcelts un atoms ir "pastāvīgs magnētiskais moments". Piemēram, dzelzs atoms ir atomālais skaitlis 26 un kopā 26 elektroni. Izņemot vienu no pieciem orbitāliem, ir jāaizpilda divi elektroni (spin antiparallel), un pārējiem četriem orbitāliem ir tikai viens elektrons, un šie elektroni. Spin virzieni ir paralēli, līdz ar to kopējais elektronu spin magnētiskais moments ir 4.