โมเมนต์แม่เหล็กเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของอนุภาคมูลฐาน ปริมาณ โมเมนต์แม่เหล็กของโมเมนต์แม่เหล็กปัจจุบัน มีหน่วยเป็น si

เมื่อวางไว้ในสนามภายนอก สารสามารถทำปฏิกิริยากับสนามนี้และกลายเป็นแหล่งกำเนิดได้ สนามแม่เหล็ก(ดึงดูด). สารดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า แม่เหล็ก(เปรียบเทียบกับพฤติกรรมของไดอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้า) ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแม่เหล็ก แม่เหล็กจะถูกแบ่งออกเป็นสามกลุ่มหลัก: ไดอะแมกเนติก พาราแมกเนติก และเฟอร์โรแมกเนติก

สารต่างๆ จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในลักษณะที่แตกต่างกัน พิจารณาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสาร คุณสมบัติทางแม่เหล็กอิเล็กตรอนและอะตอม สารส่วนใหญ่มีแม่เหล็กอ่อน - เป็นวัสดุไดแม่เหล็กและพาราแมกเนติก สารบางชนิดภายใต้สภาวะปกติ (ที่อุณหภูมิปานกลาง) มีความสามารถในการดึงดูดแม่เหล็กอย่างแรงมาก - สารเหล่านี้คือเฟอร์โรแมกเนติก

สำหรับอะตอมจำนวนมาก โมเมนต์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะเป็นศูนย์ สารที่ประกอบด้วยอะตอมดังกล่าวได้แก่ ไดมาเจติกส์ตัวอย่างเช่นรวมถึงไนโตรเจน น้ำ ทองแดง เงิน เกลือแกง NaCl ซิลิคอนไดออกไซด์ Si0 2 สารที่โมเมนต์แม่เหล็กที่เกิดขึ้นของอะตอมแตกต่างจากศูนย์จะถูกจัดประเภทเป็น พาราแมกเนติกตัวอย่างของวัสดุพาราแมกเนติก ได้แก่ ออกซิเจน อลูมิเนียม แพลทินัม

ในอนาคต เมื่อพูดถึงคุณสมบัติทางแม่เหล็ก เราจะหมายถึงวัสดุไดอะแมกเนติกและพาราแมกเนติกเป็นหลัก และบางครั้งเราจะพูดถึงคุณสมบัติของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกกลุ่มเล็กๆ โดยเฉพาะ

ก่อนอื่นให้เราพิจารณาพฤติกรรมของอิเล็กตรอนของสารในสนามแม่เหล็กก่อน เพื่อความง่าย เราถือว่าอิเล็กตรอนหมุนอะตอมรอบนิวเคลียสด้วยความเร็ว โวลต์ตามวงโคจรรัศมี r การเคลื่อนที่ดังกล่าวซึ่งมีลักษณะเป็นโมเมนตัมเชิงมุมของการโคจรนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะเป็นกระแสวงกลมซึ่งมีลักษณะเฉพาะตามโมเมนต์แม่เหล็กของวงโคจร

ปริมาตร r ลูกโลก ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของการปฏิวัติรอบวงกลม ต= - เรามีสิ่งนั้น

อิเล็กตรอนข้ามจุดใดก็ได้ในวงโคจรของมันต่อหน่วยเวลา -

ครั้งหนึ่ง. ดังนั้นกระแสวงกลมเท่ากับประจุที่ผ่านจุดต่อหน่วยเวลาจึงถูกกำหนดโดยนิพจน์

ตามลำดับ โมเมนต์แม่เหล็กของวงโคจรของอิเล็กตรอนตามสูตร (22.3) เท่ากับ

นอกจากโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรแล้ว อิเล็กตรอนยังมีโมเมนตัมเชิงมุมของมันเองที่เรียกว่า หมุน- สปินอธิบายไว้ในกฎหมาย ฟิสิกส์ควอนตัมและเป็นสมบัติสำคัญของมวลและประจุคล้ายอิเล็กตรอน (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อฟิสิกส์ควอนตัม) โมเมนตัมเชิงมุมภายในสอดคล้องกับโมเมนต์แม่เหล็กภายใน (หมุน) ของอิเล็กตรอน อาร์เอสพี

นิวเคลียสของอะตอมก็มีโมเมนต์แม่เหล็กเช่นกัน แต่โมเมนต์เหล่านี้มีขนาดเล็กกว่าโมเมนต์ของอิเล็กตรอนหลายพันเท่า และมักจะถูกละเลยได้ เป็นผลให้โมเมนต์แม่เหล็กรวมของแม่เหล็ก ร.ตเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กการโคจรและการหมุนของอิเล็กตรอนของแม่เหล็ก:

สนามแม่เหล็กภายนอกทำหน้าที่ในการวางแนวของอนุภาคของสารที่มีโมเมนต์แม่เหล็ก (และกระแสไมโคร) ซึ่งส่งผลให้สารถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ลักษณะของกระบวนการนี้คือ เวกเตอร์การดึงดูดเจเท่ากับอัตราส่วนของโมเมนต์แม่เหล็กรวมของอนุภาคของแม่เหล็กต่อปริมาตรของแม่เหล็ก เอวี:

การดึงดูดนั้นวัดเป็น A/m

หากวางแม่เหล็กไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอก B 0 ก็จะเป็นผล

สนามแม่เหล็กภายในของกระแสไมโคร B จะเกิดขึ้น ดังนั้นสนามผลลัพธ์จะเท่ากัน

ลองพิจารณาแม่เหล็กในรูปทรงกระบอกที่มีพื้นที่ฐาน สและความสูง / วางอยู่ในสนามแม่เหล็กภายนอกสม่ำเสมอพร้อมการเหนี่ยวนำ เวลา 0.สามารถสร้างสนามดังกล่าวได้ เช่น โดยใช้โซลินอยด์ การวางแนวของกระแสไมโครในสนามภายนอกได้รับคำสั่ง ในกรณีนี้ สนามของกระแสไมโครไดอะแมกเนติกนั้นอยู่ตรงข้ามกับศูนย์ภายนอก และสนามของกระแสไมโครพาราแมกเนติกจะเกิดขึ้นพร้อมกันในทิศทางกับศูนย์ภายนอก

ในส่วนใดส่วนหนึ่งของกระบอกสูบ การเรียงลำดับไมโครกระแสจะทำให้เกิดผลดังต่อไปนี้ (รูปที่ 23.1) กระแสไฟระดับไมโครที่ได้รับคำสั่งภายในแม่เหล็กจะได้รับการชดเชยโดยกระแสไฟระดับไมโครที่อยู่ใกล้เคียง และกระแสไฟระดับไมโครบนพื้นผิวที่ไม่ได้รับการชดเชยจะไหลไปตามพื้นผิวด้านข้าง

ทิศทางของกระแสไฟขนาดเล็กที่ไม่ได้รับการชดเชยเหล่านี้จะขนาน (หรือตรงกันข้าม) กับกระแสที่ไหลในโซลินอยด์ ทำให้เกิดศูนย์ภายนอก โดยรวมแล้วพวกเขา ข้าว. 23.1ให้กระแสภายในรวมอันนี้ กระแสพื้นผิวสร้างสนามไมโครกระแสภายใน บีวีนอกจากนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและสนามสามารถอธิบายได้ด้วยสูตร (22.21) สำหรับศูนย์โซลินอยด์:

นี่คือการซึมผ่านของแม่เหล็ก เท่ากับหนึ่งเนื่องจากบทบาทของตัวกลางถูกนำมาพิจารณาด้วยการแนะนำกระแสพื้นผิว ความหนาแน่นของขดลวดของการหมุนโซลินอยด์สอดคล้องกับหนึ่งความยาวทั้งหมดของโซลินอยด์ /: น= 1 //. ในกรณีนี้ โมเมนต์แม่เหล็กของกระแสพื้นผิวถูกกำหนดโดยการดึงดูดของแม่เหล็กทั้งหมด:

จากสองสูตรสุดท้ายโดยคำนึงถึงคำจำกัดความของการดึงดูด (23.4) ดังต่อไปนี้

หรือในรูปแบบเวกเตอร์

จากนั้นจากสูตร (23.5) เราได้

ประสบการณ์ในการศึกษาการพึ่งพาอาศัยกันของสนามแม่เหล็กกับความแรงของสนามแม่เหล็กภายนอกแสดงให้เห็นว่าสนามแม่เหล็กมักจะถือว่าอ่อนแอและในการขยายอนุกรมของ Taylor ก็เพียงพอที่จะจำกัดตัวเราเองให้อยู่ในระยะเชิงเส้น:

โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนไร้มิติ x คือ ความไวต่อแม่เหล็กสาร โดยคำนึงถึงสิ่งนี้ที่เรามี

เมื่อเปรียบเทียบสูตรสุดท้ายสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับสูตรที่รู้จักกันดี (22.1) เราได้ความสัมพันธ์ระหว่างการซึมผ่านของแม่เหล็กและความไวต่อแม่เหล็ก:

โปรดทราบว่าค่าความไวต่อสนามแม่เหล็กสำหรับวัสดุไดอะแมกเนติกและพาราแมกเนติกมีขนาดเล็กและโดยปกติจะอยู่ที่ 10 "-10 4 (สำหรับวัสดุไดแม่เหล็ก) และ 10 -8 - 10 3 (สำหรับวัสดุพาราแมกเนติก) ยิ่งไปกว่านั้นสำหรับวัสดุไดแม่เหล็ก เอ็กซ์ x > 0 และ p > 1

ช่วงเวลาแห่งแม่เหล็ก- ทางกายภาพ ค่าที่แสดงลักษณะของแม่เหล็ก คุณสมบัติของระบบชาร์จ อนุภาค (หรือแต่ละอนุภาค) และการกำหนด พร้อมกับโมเมนต์หลายขั้วอื่นๆ (โมเมนต์ไดโพลไฟฟ้า โมเมนต์สี่เท่า ฯลฯ ดู มัลติโปลี) ปฏิสัมพันธ์ของระบบกับภายนอก เอล-แม็กน์ สาขาและระบบอื่นที่คล้ายคลึงกัน

ตามความคิดแบบคลาสสิก ไฟฟ้าพลศาสตร์แม่เหล็ก สนามถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของคลื่นไฟฟ้า ค่าธรรมเนียม ถึงแม้จะทันสมัยก็ตาม ทฤษฎีนี้ไม่ได้ปฏิเสธ (และทำนายด้วยซ้ำ) การมีอยู่ของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก ค่าใช้จ่าย (โมโนโพลแม่เหล็ก)

อนุภาคดังกล่าวยังไม่ได้ถูกสังเกตจากการทดลองและขาดหายไปจากสสารธรรมดา ดังนั้นคุณสมบัติเบื้องต้นของแม่เหล็ก คุณสมบัติกลายเป็นมวลแม่เหล็กอย่างแม่นยำ ระบบที่มีมวลแม่เหล็ก (เวกเตอร์แนวแกน) จะสร้างสนามแม่เหล็กในระยะห่างจากระบบมาก สนาม (- เวกเตอร์รัศมีของจุดสังเกต) ไฟฟ้ามีลักษณะคล้ายกัน สนามของไดโพลที่ประกอบด้วยไฟฟ้าสองตัวที่มีระยะห่างกันใกล้กัน ประจุที่มีเครื่องหมายตรงกันข้ามแต่ต่างจากไฟฟ้า โมเมนต์ไดโพล M. m. ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยระบบจุด "ประจุแม่เหล็ก" แต่เกิดจากไฟฟ้า กระแสที่ไหลภายในระบบ

ถ้าเป็นไฟฟ้าแบบปิด กระแสความหนาแน่นจะไหลในปริมาณที่จำกัด วีจากนั้น M.m. ที่เขาสร้างขึ้นจะถูกกำหนดโดย f-loy

ในกรณีที่ง่ายที่สุดของกระแสวงกลมแบบปิด

ฉัน (ถือว่ามีความเร็ว) แล้วผลงานของกรมฯ อนุภาคในหน่วย M. m และในขณะที่จำนวนการเคลื่อนไหวกลายเป็นสัดส่วน:

ปัจจัยสัดส่วน อี/2tsเรียกว่า อัตราส่วนไจโรแมกเนติก ค่านี้เป็นลักษณะการเชื่อมต่อสากลระหว่างแม่เหล็ก และเครื่องจักรกล คุณสมบัติเครื่องชาร์จ อนุภาคในคลาสสิก ไฟฟ้ากระแส. อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่ของตัวพาประจุปฐมภูมิในสสาร (อิเล็กตรอน) เป็นไปตามกฎหมาย กลศาสตร์ควอนตัมการปรับให้เข้ากับความคลาสสิก รูปภาพ. นอกจากกลไกวงโคจรแล้ว ช่วงเวลาแห่งการเคลื่อนไหว ลอิเล็กตรอนมีกลไกภายใน หมุนช่วงเวลา -

- แม่เหล็กรวมของอิเล็กตรอนเท่ากับผลรวมของแม่เหล็กวงโคจร (2) และแม่เหล็กหมุน ดังที่เห็นได้จาก f-ly นี้ (ตามมาจากสัมพัทธภาพสมการดิแรก

สำหรับอิเล็กตรอน) ไจโรแมก อัตราส่วนของการหมุนจะมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่าของโมเมนตัมของวงโคจร คุณลักษณะของแนวคิดควอนตัมของแม่เหล็ก และเครื่องจักรกล จุดก็คือเวกเตอร์ไม่สามารถมีทิศทางเฉพาะในอวกาศได้เนื่องจากการไม่สับเปลี่ยนของตัวดำเนินการฉายภาพของเวกเตอร์เหล่านี้บนแกนพิกัดค่าธรรมเนียม Spin M.m. อนุภาคที่กำหนดโดย f-loy (3) เรียกว่า ปกติสำหรับอิเล็กตรอนจะเท่ากัน แมกนีตัน โบรา. ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ามวลโมเลกุลของอิเล็กตรอนแตกต่างจาก (3) ด้วยจำนวนลำดับของ ( - ค่าคงที่ โครงสร้างที่ดี- สารเติมแต่งที่คล้ายกันเรียกว่า ช่วงเวลาแม่เหล็กที่ผิดปกติเกิดขึ้นเนื่องจากอันตรกิริยาของอิเล็กตรอนกับโฟตอน อธิบายไว้ภายในกรอบของพลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัม อนุภาคมูลฐานอื่นๆ ก็มีสนามแม่เหล็กที่ผิดปกติเช่นกัน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับฮาดรอนซึ่งตามสมัยใหม่ ความคิดมีภายใน โครงสร้าง. ดังนั้น มวลโมเลกุลที่ผิดปกติของโปรตอนจึงมากกว่ามวลแม่เหล็ก "ปกติ" ของแมกนีตอนนิวเคลียร์ 2.79 เท่า (

ม - มวลของโปรตอน) และ M. M. ของนิวตรอนเท่ากับ -1.91 นั่นคือแตกต่างจากศูนย์อย่างมีนัยสำคัญแม้ว่านิวตรอนจะไม่มีไฟฟ้าก็ตาม ค่าใช้จ่าย. ฮาดรอน M. M. ที่ผิดปกติขนาดใหญ่ดังกล่าวมีสาเหตุมาจากภายใน การเคลื่อนไหวของค่าธรรมเนียมที่รวมอยู่ในนั้น ควาร์ก.

แปลจากภาษาอังกฤษ: Landau L. D., Lifshits E. M., ทฤษฎีสนาม, 7th ed., M., 1988; Huang K., ควาร์ก, เลปตันและทุ่งเกจ, ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2528 ดี.วี. กิลต์ซอฟโมเมนต์แม่เหล็กของการเลี้ยวตามกระแสคือ

ปริมาณทางกายภาพ— 1 รอบหมุนด้วยกระแส

ขดลวดวงกลมที่มีกระแสสามารถแสดงเป็นแม่เหล็กสั้นได้ นอกจากนี้แม่เหล็กนี้จะตั้งฉากกับระนาบของขดลวด ตำแหน่งของขั้วของแม่เหล็กดังกล่าวถูกกำหนดโดยใช้กฎของสว่าน ตามที่ทิศเหนือบวกจะอยู่ด้านหลังระนาบของขดลวดหากกระแสในนั้นเคลื่อนที่ตามเข็มนาฬิกา

ปริมาณทางกายภาพ— 2 แถบแม่เหล็กจินตภาพบนแกนคอยล์

แม่เหล็กนี้ซึ่งก็คือขดลวดทรงกลมของเราที่มีกระแสเหมือนกับแม่เหล็กอื่น ๆ จะได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กภายนอก หากสนามนี้มีความสม่ำเสมอ แรงบิดจะเกิดขึ้นซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้ขดลวดหมุน สนามจะหมุนขดลวดเพื่อให้แกนอยู่ตามแนวสนาม ในกรณีนี้ เส้นสนามของขดลวดเองจะต้องตรงกับทิศทางของสนามภายนอกเช่นเดียวกับแม่เหล็กขนาดเล็ก

ถ้าสนามภายนอกไม่สม่ำเสมอ การเคลื่อนที่เชิงแปลจะถูกเพิ่มเข้าไปในแรงบิด การเคลื่อนไหวนี้จะเกิดขึ้นเนื่องจากส่วนของสนามที่มีการเหนี่ยวนำสูงกว่าจะดึงดูดแม่เหล็กของเราในรูปของขดลวดมากกว่าบริเวณที่มีการเหนี่ยวนำต่ำกว่า และขดลวดจะเริ่มเคลื่อนที่เข้าหาสนามด้วยการเหนี่ยวนำที่มากขึ้น

สูตรสามารถกำหนดขนาดของโมเมนต์แม่เหล็กของขดลวดวงกลมกับกระแสได้

สูตร - 1 โมเมนต์แม่เหล็กของเทิร์น

โดยที่ฉัน คือกระแสที่ไหลผ่านเทิร์น

พื้นที่การเลี้ยวด้วยกระแส

เป็นเรื่องปกติของระนาบที่คอยล์อยู่

ดังนั้นจากสูตรจึงชัดเจนว่าโมเมนต์แม่เหล็กของการเลี้ยวคือ ปริมาณเวกเตอร์- นั่นคือนอกเหนือจากขนาดของแรง นั่นคือโมดูลัสของมัน มันยังมีทิศทางด้วย คุณสมบัตินี้ได้รับโมเมนต์แม่เหล็กเนื่องจากมันรวมเวกเตอร์ปกติเข้ากับระนาบการเลี้ยวด้วย

หากต้องการรวมวัสดุเข้าด้วยกัน คุณสามารถทำการทดลองง่ายๆ ได้ ในการทำเช่นนี้เราจำเป็นต้องมีขดลวดทองแดงแบบวงกลมเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ ในกรณีนี้สายไฟจะต้องบางเพียงพอและควรบิดเข้าด้วยกัน วิธีนี้จะช่วยลดผลกระทบต่อประสบการณ์

ปริมาณทางกายภาพ—

ทีนี้มาแขวนคอยล์บนสายไฟจ่ายในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กถาวร ขดลวดยังคงไม่มีพลังงาน และระนาบของขดลวดขนานกับเส้นสนาม ในกรณีนี้ แกนและขั้วของแม่เหล็กจินตภาพจะตั้งฉากกับเส้นของสนามภายนอก

ปริมาณทางกายภาพ—

เมื่อกระแสไหลเข้าสู่ขดลวด ระนาบของมันจะหมุนตั้งฉากกับเส้นแรงของแม่เหล็กถาวร และแกนจะขนานกับเส้นแรงเหล่านั้น นอกจากนี้ทิศทางการหมุนของขดลวดจะถูกกำหนดตามกฎของสว่าน และพูดอย่างเคร่งครัดคือทิศทางที่กระแสไหลไปตามทางเลี้ยว

สารใดๆ. แหล่งที่มาของการก่อตัวของแม่เหล็กตามที่ระบุไว้ในคลาสสิก ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า, เป็นกระแสไมโครที่เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจร โมเมนต์แม่เหล็กเป็นคุณสมบัติที่ขาดไม่ได้ของนิวเคลียส เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม และโมเลกุลทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น

แม่เหล็กซึ่งมีอยู่ในอนุภาคมูลฐานทั้งหมดนั้น เกิดจากการมีอยู่ของโมเมนต์เชิงกลในอนุภาคเหล่านั้น เรียกว่าสปิน (แรงกระตุ้นเชิงกลของพวกมันเองในธรรมชาติควอนตัม) คุณสมบัติทางแม่เหล็กของนิวเคลียสของอะตอมประกอบด้วยแรงกระตุ้นการหมุนของส่วนที่เป็นองค์ประกอบของนิวเคลียส - โปรตอนและนิวตรอน เปลือกอิเล็กทรอนิกส์(วงโคจรภายในอะตอม) ยังมีโมเมนต์แม่เหล็ก ซึ่งเป็นผลรวมของโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนที่อยู่บนโมเมนต์นั้น

กล่าวอีกนัยหนึ่ง โมเมนต์แม่เหล็กของอนุภาคมูลฐานมีสาเหตุจากผลกระทบทางกลควอนตัมภายในอะตอมที่เรียกว่าโมเมนตัมการหมุน ผลกระทบนี้คล้ายกับโมเมนตัมเชิงมุมของการหมุนรอบแกนกลางของมันเอง โมเมนตัมของการหมุนวัดเป็นหน่วย ค่าคงตัวของพลังค์- ค่าคงที่หลักของทฤษฎีควอนตัม

นิวตรอน อิเล็กตรอน และโปรตอนทั้งหมด ซึ่งในความเป็นจริงแล้ว อะตอมประกอบด้วยตามข้อมูลของพลังค์ มีการหมุนเท่ากับ 1/2 ในโครงสร้างของอะตอม อิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียส นอกเหนือจากโมเมนตัมการหมุนแล้ว ยังมีโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรด้วย นิวเคลียสถึงแม้จะอยู่ในตำแหน่งคงที่ แต่ก็มีโมเมนตัมเชิงมุมซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยผลของการหมุนของนิวเคลียส

สนามแม่เหล็กที่สร้างโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมนั้นได้มาจาก รูปแบบต่างๆโมเมนตัมเชิงมุมนี้ การมีส่วนร่วมที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดในการสร้างสรรค์นั้นเกิดจากเอฟเฟกต์การหมุน ตามหลักการของเพาลี ซึ่งอิเล็กตรอนที่เหมือนกันสองตัวไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้ อิเล็กตรอนที่ถูกผูกไว้จะรวมกัน และโมเมนตาการหมุนของพวกมันจะมีเส้นโครงที่ตรงกันข้ามกัน ในกรณีนี้ โมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนจะลดลง ซึ่งจะลดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของโครงสร้างทั้งหมด ในองค์ประกอบบางอย่างก็มี เลขคู่อิเล็กตรอน โมเมนต์นี้จะลดลงเหลือศูนย์ และสสารต่างๆ จะไม่มีสมบัติทางแม่เหล็ก ดังนั้น โมเมนต์แม่เหล็กของอนุภาคมูลฐานแต่ละตัวจึงมีผลกระทบโดยตรงต่อคุณสมบัติแม่เหล็กของระบบอะตอมนิวเคลียร์ทั้งหมด

องค์ประกอบเฟอร์โรแมกเนติกที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นคี่จะมีสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นศูนย์เสมอเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ ในองค์ประกอบดังกล่าว ออร์บิทัลข้างเคียงจะทับซ้อนกัน และโมเมนต์การหมุนของอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ทั้งหมดจะมีทิศทางเดียวกันในอวกาศ ซึ่งนำไปสู่ความสำเร็จของสถานะพลังงานต่ำสุด กระบวนการนี้เรียกว่าการแลกเปลี่ยนปฏิสัมพันธ์

ด้วยการจัดตำแหน่งของโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมเฟอร์โรแมกเนติก สนามแม่เหล็กจึงเกิดขึ้น และองค์ประกอบพาราแมกเนติกซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่มีโมเมนต์แม่เหล็กที่สับสนไม่มีสนามแม่เหล็กของตัวเอง แต่ถ้าคุณมีอิทธิพลต่อพวกเขา แหล่งภายนอกแม่เหล็ก จากนั้นโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมจะเรียงตัวกัน และองค์ประกอบเหล่านี้ก็จะได้คุณสมบัติทางแม่เหล็กด้วย

กิโคอิน เอ.เค. โมเมนต์แม่เหล็กของกระแส // ควอนตัม - พ.ศ. 2529 - ฉบับที่ 3. - หน้า 22-23.

ตามข้อตกลงพิเศษกับกองบรรณาธิการและบรรณาธิการวารสาร "Kvant"

จากหลักสูตรฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 (“ฟิสิกส์ 9”, § 88) เป็นที่ทราบกันว่าสำหรับตัวนำตรงที่มีความยาว ลกับกระแส วีถ้าวางไว้ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอโดยมีความเหนี่ยวนำ \(~\vec B\) แรง \(~\vec F\) จะมีขนาดเท่ากัน

\(~F = BIl \sin \alpha\) ,

ที่ไหน α - มุมระหว่างทิศทางของกระแสและเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก แรงนี้ตั้งฉากกับทั้งสนามและกระแส (ตามกฎมือซ้าย)

ตัวนำตรงเป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น วงจรไฟฟ้าเนื่องจากกระแสไฟฟ้าจะปิดอยู่เสมอ สนามแม่เหล็กกระทำต่อกระแสปิดหรือแม่นยำยิ่งขึ้นบนวงจรปิดด้วยกระแสไฟฟ้าอย่างไร

รูปที่ 1 แสดงรูปร่างของกรอบสี่เหลี่ยมที่มีด้านข้างเป็นตัวอย่าง กและ ขตามกระแสที่ไหลไปในทิศทางที่ลูกศรระบุ วี.

เฟรมถูกวางไว้ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอโดยมีความเหนี่ยวนำ \(~\vec B\) ดังนั้น ณ วินาทีแรก เวกเตอร์ \(~\vec B\) จะอยู่ในระนาบของเฟรมและขนานกับทั้งสองด้าน เมื่อพิจารณาแต่ละด้านของเฟรมแยกกัน เราจะพบว่าด้าน (ความยาว ก) แรงจะมีขนาดเท่ากัน เอฟ = บีไอเอและมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม กองกำลังจะไม่กระทำการต่ออีกสองฝ่าย (สำหรับพวกเขาทำบาป α = 0) แต่ละกองกำลัง เอฟสัมพันธ์กับแกนที่ผ่านจุดกึ่งกลางของด้านบนและด้านล่างของเฟรม ทำให้เกิดโมเมนต์ของแรง (แรงบิด) เท่ากับ \(~\frac(BIab)(2)\) (\(~\frac(b) (2)\) - ความแข็งแรงของไหล่) สัญญาณของโมเมนต์จะเท่ากัน (แรงทั้งสองหมุนเฟรมไปในทิศทางเดียวกัน) ดังนั้นแรงบิดรวม ช่วงเวลาแม่เหล็กที่ผิดปกติเท่ากับ เอี๊ยมหรือเนื่องจากผลิตภัณฑ์ เกี่ยวกับเท่ากับพื้นที่ สกรอบ,

\(~M = BIab = BIS\)

ภายใต้อิทธิพลของช่วงเวลานี้ เฟรมจะเริ่มหมุน (หากมองจากด้านบน จากนั้นตามเข็มนาฬิกา) และจะหมุนจนกระทั่งระนาบของมันตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ \(~\vec B\) (รูปที่ 2)

ในตำแหน่งนี้ ผลรวมของแรงและผลรวมของโมเมนต์ของแรงจะเท่ากับศูนย์ และเฟรมจะอยู่ในสภาวะสมดุลที่มั่นคง (อันที่จริง เฟรมจะไม่หยุดทันที - บางครั้งเฟรมจะแกว่งไปรอบตำแหน่งสมดุลของมัน)

มันง่ายที่จะแสดง (ทำด้วยตัวเอง) ว่าในตำแหน่งกึ่งกลางใด ๆ เมื่อระนาบปกติถึงระนาบเส้นขอบทำมุมตามอำเภอใจ β ด้วยการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก แรงบิดจะเท่ากับ

\(~M = BIS \sin \beta\)

จากการแสดงออกนี้ชัดเจนว่าสำหรับค่าการเหนี่ยวนำสนามที่กำหนดและสำหรับตำแหน่งหนึ่งของวงจรด้วยกระแสแรงบิดจะขึ้นอยู่กับผลคูณของพื้นที่ของวงจรเท่านั้น สบนความแข็งแกร่งในปัจจุบัน วีในนั้น ขนาด เป็นและเรียกว่าโมเมนต์แม่เหล็กของวงจรนำกระแส แม่นยำยิ่งขึ้น เป็นคือขนาดของเวกเตอร์โมเมนต์แม่เหล็ก และเวกเตอร์นี้ตั้งฉากกับระนาบของวงจรและในลักษณะที่หากคุณหมุนวงแหวนในทิศทางของกระแสในวงจรทางจิตใจแล้วทิศทางของการเคลื่อนที่ของการแปลของวงแหวนจะระบุทิศทางของ ช่วงเวลาแม่เหล็ก ตัวอย่างเช่น โมเมนต์แม่เหล็กของวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 และ 2 นั้นพุ่งออกไปจากเราเลยระนาบของหน้า โมเมนต์แม่เหล็กวัดเป็น A m 2

ตอนนี้เราสามารถพูดได้ว่ามีการติดตั้งวงจรที่มีกระแสในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอเพื่อให้โมเมนต์แม่เหล็กของมัน "ดู" ไปในทิศทางของสนามที่ทำให้เกิดการหมุน

เป็นที่ทราบกันดีว่าไม่เพียงแต่วงจรที่นำกระแสไฟฟ้าเท่านั้นที่มีคุณสมบัติในการสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองและหมุนในสนามแม่เหล็กภายนอก คุณสมบัติเดียวกันนี้พบได้ในแท่งแม่เหล็ก เช่น ในเข็มเข็มทิศ

ย้อนกลับไปในปี 1820 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสผู้น่าทึ่ง Ampere ได้แสดงความคิดที่ว่าความคล้ายคลึงกันในพฤติกรรมของแม่เหล็กและวงจรที่มีกระแสไฟฟ้านั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสปิดมีอยู่ในอนุภาคแม่เหล็ก เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าแท้จริงแล้วอะตอมและโมเลกุลประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็ก กระแสไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรรอบนิวเคลียส ด้วยเหตุนี้ อะตอมและโมเลกุลของสสารหลายชนิด เช่น สารพาราแมกเนติก จึงมีโมเมนต์แม่เหล็ก การหมุนของโมเมนต์เหล่านี้ในสนามแม่เหล็กภายนอกทำให้เกิดการดึงดูดของสารพาราแมกเนติก

มันกลับกลายเป็นอย่างอื่น อนุภาคทั้งหมดที่ประกอบเป็นอะตอมก็มีโมเมนต์แม่เหล็กที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของประจุใดๆ เลย นั่นก็คือกับกระแส สำหรับพวกเขา โมเมนต์แม่เหล็กนั้นมีคุณภาพ "โดยกำเนิด" เช่นเดียวกับประจุ มวล ฯลฯ แม้แต่อนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า นิวตรอน ก็มีโมเมนต์แม่เหล็ก ส่วนประกอบนิวเคลียสของอะตอม ดังนั้นนิวเคลียสของอะตอมจึงมีโมเมนต์แม่เหล็กด้วย

ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กจึงเป็นหนึ่งในแนวคิดที่สำคัญที่สุดในวิชาฟิสิกส์