Магнит Бора

Значение магнетона Бора
Система единиц	Ценить	Единица
SIИ ^[1]	9.274 010 0657 (29) × 10 ⁻²⁴	Дж · Т ⁻¹
Гауссовский ^[2]	9.274 010 0783 (28) × 10 ⁻²¹	очень · Г ⁻¹
эВ/Т ^[3]	5.788 381 8060 (17) × 10 ⁻⁵	эВ · Т ⁻¹
атомные единицы	⁠ 1 / 2 ⁠	⁠ eħ / m _e⁠

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 $\mu _{\mathrm {B} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {e} }}}$ и в гауссовых единицах СГС как $\mu _{\mathrm {B} }={\frac {e\hbar }{2m_{\mathrm {e} }c}},$ где

История

Идея элементарных магнитов принадлежит Вальтеру Ритцу (1907) и Пьеру Вейсу . Еще до появления модели атомной структуры Резерфорда несколько теоретиков 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 в сентябре 1911 года вычислил значение, которое в два раза превышало магнетон Бора. ^[7] На Первой Сольвеевской конференции в ноябре того же года Поль Ланжевен получил $e\hbar /(2m_{\mathrm {e} })$ . ^[8] Ланжевен предположил, что сила притяжения обратно пропорциональна расстоянию до степени $n+1,$ и конкретно $n=1.$ ^[9]

Румынский физик Штефан Прокопиу получил выражение для магнитного момента электрона в 1913 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, равная 1,53 × 10. ⁻²⁴ джоули 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 название в статье, где 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 Бора модели атома 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 равен ⁠ 1 / 2 ⁠ ħ , но собственный магнитный момент электрона , вызванный его спином, также составляет примерно один магнетон Бора, что приводит к g -фактору спина электрона , фактору, связывающему угловой момент спина с соответствующим магнитным моментом частицы, имеющей стоимость примерно 2. ^[15]

См. также

Ссылки

^ «Значение CODATA 2022: магнетон Бора» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
^ О'Хэндли, Роберт С. (2000). Современные магнитные материалы: принципы и применение . Джон Уайли и сыновья . п. 83 . ISBN 0-471-15566-7 . (значение обновлено в соответствии с CODATA 2018)
^ «Значение CODATA: магнетон Бора в эВ/Тл» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Проверено 28 августа 2022 г.
^ Шифф, Л.И. (1968). Квантовая механика (3-е изд.). МакГроу-Хилл . п. 440. ИСБН 9780070856431 .
^ Шанкар, Р. (1980). Принципы квантовой механики . Пленум Пресс . стр. 398–400 . ISBN 0306403978 .
^ Jump up to: ^а ^б Кейт, Стивен Т.; Кедек, Пьер (1992). «Магнетизм и магнитные материалы: Магнетон». Выход из хрустального лабиринта . стр. 384–394. ISBN 978-0-19-505329-6 .
^ Jump up to: ^а ^б Хейлброн, Джон; Кун, Томас (1969). «Происхождение атома Бора» . Хист. Стад. Физ. наук. 1 :ви–290. дои : 10.2307/27757291 . JSTOR 27757291 .
^ Ланжевен, Поль (1911). Кинетическая теория магнетизма магнетонов и . Теория излучения и квантов: Отчеты и дискуссии совещания, состоявшегося в Брюсселе с 30 октября по 3 ноября 1911 г. под эгидой М. Е. Сольвея . п. 404.
^ Обратите внимание, что формула $I_{o}={\frac {m}{Me}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}$ на странице 404 следует сказать $I_{o}={\frac {Me}{m}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}.$
^ Прокопиу, Штефан (1911–1913). «Об элементах энергии». Научные летописи Ясского университета . 7 :280.
^ Прокопиу, Штефан (1913). «Определение молекулярного магнитного момента по квантовой теории М. Планка». Вестник научной секции Румынской академии . 1 :151.
^ «Штефан Прокопиу (1890–1972)» . Музей науки и технологий Штефана Прокопиу. Архивировано из оригинала 18 ноября 2010 г. Проверено 3 ноября 2010 г.
^ Паис, Авраам (1991). «Times» Нильса Бора по физике, философии и политике . Кларендон Пресс . ISBN 0-19-852048-4 .
^ Алонсо, Марсело; Финн, Эдвард (1992). Физика . Аддисон-Уэсли . ISBN 978-0-201-56518-8 .
^ Махаджан, Анант С.; Рангвала, Аббас А. (1989). Электричество и магнетизм . МакГроу-Хилл . п. 419. ИСБН 978-0-07-460225-6 .

[physconst-muB-1] «Значение CODATA 2022: магнетон Бора» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.

[O'Handley_tati-2] О'Хэндли, Роберт С. (2000). Современные магнитные материалы: принципы и применение . Джон Уайли и сыновья . п. 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 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 .

[Keith-6] Jump up to: ^а ^б Кейт, Стивен Т.; Кедек, Пьер (1992). «Магнетизм и магнитные материалы: Магнетон». Выход из хрустального лабиринта . стр. 384–394. ISBN 978-0-19-505329-6 .

[Heilbron-7] Jump up to: ^а ^б 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 магнетонов и . Теория излучения и квантов: Отчеты и дискуссии совещания, состоявшегося в Брюсселе с 30 октября по 3 ноября 1911 г. под эгидой М. Е. Сольвея . п. 404.

[9] Обратите внимание, что формула $I_{o}={\frac {m}{Me}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}$ на странице 404 следует сказать $I_{o}={\frac {Me}{m}}{\frac {h}{8\pi }}{\frac {n}{n+2}}.$

[proc1-10] Прокопиу, Штефан (1911–1913). «Об элементах энергии». Научные летописи Ясского университета . 7 :280.

[proc2-11] Прокопиу, Штефан (1913). «Определение молекулярного магнитного момента по квантовой теории М. Планка». Вестник научной секции Румынской 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 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]