Большая Советская Энциклопедия (МА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 26

  Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971.

  С. В. Вонсовский.

Магнетон

Магнето'н, единица измерения магнитного момента , принятая в атомной и ядерной физике.

  Магнитный момент атомных систем в основном обусловлен движением электронов и их спином и измеряется в магнетонах Бора:

  

 эрг/гс   (1)

  Здесь

 — Планка постоянная , е и m — абсолютные величина заряда и масса электрона, с — скорость света.

  В ядерной физике магнитные моменты измеряются в ядерных магнетонах, отличающихся от m_Б заменой массы электрона m на массу протона М :

  

 эрг/гс   (2)

  Физический смысл величины m_Б легко понять из полуклассического рассмотрения движения электрона по круговой орбите радиуса r со скоростью v. Такая система аналогична витку с током, сила I которого равна заряду, деленному на период вращения: I = ev / 2pr . Согласно классической электродинамике, магнитный момент витка с током, охватывающего площадь S, равен в системе Гаусса (см. СГС система единиц ) m = IS/c = evr / 2c , или m = eM_l / 2mc , где M_l = mvr — орбитальный момент количества движения электрона. Если учесть, что по квантовым законам орбитальный момент M_l электрона может принимать лишь дискретные значения, кратные постоянной Планка, M_l = l

, где l = 0, 1, 2,..., то получится следующее выражение:

  

  (3)

  Таким образом, магнитный момент электрона, находящегося в состоянии с орбитальным моментом M_l , кратен М. Бора. Следовательно, в данном случае m_Б играет роль элементарного магнитного момента — «кванта» магнитного момента электрона.

  Помимо орбитального момента количества движения M_l , обусловленного вращением, электрон обладает собственным механическим моментом — спином, равным s = ¹ /₂ (в единицах

). Спиновый магнитный момент m_s = 2m_Бs , то есть в 2 раза больше величины, которую следовало ожидать на основании формулы (3), но так как s = ¹ /₂ , то m_s электрона также равен М. Бора: m_s = m_Б . Этот факт непосредственно вытекает из релятивистской квантовой теории электрона, в основе которой лежит Дирака уравнение .

  Ядерный М. имеет аналогичный смысл: это магнитный момент, создаваемый движением протона (внутри ядра) с орбитальным моментом l = 1. Однако собственные магнитные моменты ядерных частиц — протона и нейтрона, обладающих, как и электрон, спином ¹ /₂ , значительно отличаются от тех значений, которые они должны были бы иметь по теории Дирака. Аномальные магнитные моменты этих частиц обусловлены их сильным взаимодействием .

  Д. В. Гольцов.

Магнетосопротивление

Магнетосопротивле'ние, магниторезистивный эффект, изменение электрического сопротивления твёрдого проводника под действием внешнего магнитного поля. Различают поперечное М., при котором электрический ток течёт перпендикулярно магнитному полю, и продольное М. (ток параллелен магнитному полю). Причина М. — искривление траекторий носителей тока в магнитном поле. У полупроводников относительное изменение сопротивления Dr/r в 100 — 10 000 раз больше, чем у металлов , и может достигать сотен %. М. относится к группе гальваномагнитных явлений . М. используется для исследования электронного энергетического спектра и механизма рассеяния носителей тока кристаллической решёткой, а также для измерения магнитных полей.

  Лит.: Лифшиц И. М., Азбель М. Я., Каганов М. И., Электронная теория металлов, М., 1971; Блатт Ф., Физика электронной проводимости в твердых телах, пер. с англ., М., 1971; Ансельм А. И., Введение в теорию полупроводников, М. — Л., 1962.

  Э. М. Эпштейн.

Магнетохимия

Магнетохи'мия, магнитохимия, раздел физической химии, в котором изучается связь между магнитными и химическими свойствами веществ; кроме того, М. исследует влияние магнитных полей на химические процессы. М. опирается на современную физику магнитных явлений (см. Магнетизм ) и кристаллохимию . Изучение связи между магнитными и химическими свойствами позволяет выяснить особенности химического строения вещества. Для этих целей используют как постоянные, так и переменные магнитные поля. В случае переменных полей необходимо различать магнитные явления, происходящие в отсутствие резонансных эффектов, и явления, непосредственно связанные с резонансом. В первом случае изучение магнитных явлений не отличается в принципе от их исследования в постоянных полях. Наблюдаемые же при определённых условиях в переменных (преимущественно высокочастотных) полях специфические эффекты резонансного поглощения веществом электромагнитной энергии потребовали разработки самостоятельных методов исследования (см. Электронный парамагнитный резонанс , Ядерный магнитный резонанс , Ферромагнитный резонанс , Химическая поляризация ядер ).

  При образовании химической связи спины валентных электронов приобретают антипараллельную ориентацию, что приводит к взаимной компенсации их магнитных моментов. В силу этого большинство химических соединений обладает диамагнитными свойствами (см. Диамагнетизм ). К диамагнитным веществам относятся, во-первых, ионные соединения (например, NaCl, KCl), у которых электронная структура ионов имитирует электронную структуру атомов благородных газов, и, во-вторых, ковалентные насыщенные неорганические и особенно органические соединения (например, CO₂ , CH₄ ).

  При отсутствии взаимной деформации электронных оболочек диамагнитная восприимчивость соединения аддитивно слагается из восприимчивостей атомов или ионов, входящих в его состав. Сопоставление измеренной на опыте диамагнитной восприимчивости соединения с её значением, вычисленным по аддитивной схеме, позволяет обнаружить деформацию электронных оболочек, связанную с особенностями химического строения. Так, заметное снижение суммарного диамагнетизма органического соединения вызывается наличием в молекуле двойной связи . Ароматическая связь, характеризующаяся движением делокализованных электронов по ароматическому кольцу, приводит, напротив, к значительному увеличению диамагнетизма и к его анизотропии (магнитная восприимчивость c^, измеренная перпендикулярно плоскости ароматического кольца, значительно превышает восприимчивость c||, измеренную параллельно его плоскости). Указанные закономерности позволяют использовать данные измерения магнитной восприимчивости диамагнитных соединений для идентификации этих соединений и получения ориентировочных сведений о характере химических связей.

  Для веществ с ненасыщенными химическими связями характерно наличие нескомпенсированных магнитных моментов. В состав таких веществ обычно входят атомы переходных элементов (например, элементов группы железа, редкоземельных элементов). Ионные соединения этого типа обнаруживают обычно парамагнитные свойства (см. Парамагнетизм ). Исследование температурного хода магнитной восприимчивости этих веществ позволяет определить величину ионного магнитного момента и судить о валентности составляющих атомов и их электронной структуре. Наиболее часто встречаются, однако, вещества, содержащие атомы переходных элементов, с ковалентной связью. Эти химические соединения могут быть как парамагнитными, так и ферромагнитными или антиферромагнитными (см. Ферромагнетизм и Ферримагнетизм ). В первых двух случаях значение магнитной восприимчивости и её температурный ход позволяют оценить величину эффективного магнитного момента и сделать определённые предположения о характере химической связи. У ферромагнитных и ферримагнитных соединений по зависимости их магнитных свойств от напряжённости поля и температуры также удаётся в ряде случаев определить эффективный магнитный момент иона (или атома) переходного элемента и число неспаренных электронов в нём, то есть определить его электронную конфигурацию. Такие данные дополняют результаты других физико-химических исследований.