Уикипедия

Магнитомеханикалық құбылыстар: Нұсқалар арасындағы айырмашылық

Тарихын шолу
← Ескірек өңдемеЖаңарақ өңдеме →
Content deleted Content added
VisualWikitext
Өңдеу түйіні жоқ
Өңдеу түйіні жоқ
1-жол:
==Атомдар мен молекулалардың магнит моменттері==
Молекулалық токтар жайындағы Ампер гипотезасы магнетиктердегі көптеген құбылыстарды түсіндіретінін
біз VII тарауда байқадық. [[Резерфорд]], барлық заттардың атомдары оң зарядталған ядродан және оны айнала қозғалған теріс зарядталған электроннан тұратынын тәжірибе жүзінде анықтағаннан кейін, молекулалық токтардың табиғаты түсінікті бола бастады. </br>
[[1913]] жылы [[Нильс Бор]] дамытқан теория бойынша атомдардағы электрондар дөңгелек орбита бойынша козғалатындығы дәлелденді. Электронның қозғалу жолындағы кез келген ауданшадан,
Бірлік уақытта ev заряды өтеді, мұнда е — [[электрон заряды]], v - «[[бірлік секундтағы оборот саны]]. Демек, [[орбита]] бойымен козғалған электрон ток күші і=еv
болатын дөңгелек ток тудырады. Электрон заряды теріс болғандықтан электрон қозғалысының және октың бағыты бір-біріне қарама-қарсы болады. Ток электронның тудырған магнит моменті мынаған тең: р<sub>im</sub>=iS=e\nr2,
мұндағы r—орбита радиусы. 2nrv көбейтіндісі электрон козғалысының v жылдамдығын береді, сондықтаң оны былай жазуға болады:
p<sub>v</sub> = (ev<sub>r</sub>)/2. Бұл өрнек электронның орбита мен қозғалысынан туған момент болғандықтан, оны электронның орбитальды магнитмоменті деп атайды. р<sub>m</sub> векторының бағыты, токтың бағытымен оң бұрандалы, ал электронның қозғалыс бағытымен сол бұрандалы системаны құрады. Орбита бойынша қозғалған электрон мынадай импульс моментіне ие болады: </br>
L — mvr
( m — [[электрон массасы]]). L векторын электронный орбитальды механикалық моменті деп атайды. Ол электрон қозғалыс бағытымен оң винт системасын құрайды. Демек, р<sub>m</sub> және L векторларыныц бағыттары карама-қарсы болады. Элементар бөлшектің магнит моментінің оның механикалық моментіне қатынасы гиромагниттік қатынас деп аталады.Электрон зырылдауық сияқты ядроны айнала қозғалады екен. Бұл жағдай гиромагниттік және
магнитомеханикалық деп аталатын құбылыстардың негізінде жатады, магнетикті магниттеуден ол айналады, керісінше, магнетикті айналдырудан ол магниеттеледі. Бірінші құбылысты алғаш рет эксперимент турінде Эйнштейн мен де Хаас, ал екіншіеін Барнетт дәлелдеді,Эйнштейн мен де Хаастың тәжірибелерінің негізінде мынадай ұғым жатыр. Егер магнетик стерженьді магниттесек, онда электронный орбитальды магнит моменттері тepic бағыты бойынша, ал механикалық момент өріске қарама-қарсы орналасады. Нәтижесінде электронның қосынды механикалық моменті нольден өзгеше болады (алғашқыда кейбір моменттердің хаосты бағдарының салдарынан ол нольге тең болады). Стержень электрон системаларының импульс моменті өзгеріссіз
қалуы керек. Сондықтан стержень 2ЕR шамасына тең импульс моментін алып, айналысқа келеді.
қалуы керек. Сондықтан стержень—2Егшамасына тең импульс моментін алып, айналысқа келеді. Магниттелу бағытының өзгерісі стерженьнің айналыс бағытының өзгерісіне әкеліп соғады. Бұл тәжірибенің механикалық моделі ретінде айналып тұрған орындыққа адамды отырғызып, оның қолына айналып тұрған велосипед доңғалағын ұстатып жасауға болады. Адам велосипед доңғалағын жоғары қараи аиналдыратын болса, өзі доңғалақтың айналу ба- с >
==Эйнштейн және де Хаас тәжірибелері==
ғытына қарама-қарсы жаққа қарай ай- 6 * > налып кетеді. Доңғалақты төмен қарай о < > айналдырғанда да, адам қарама-қарсы 1 £ \
Магниттелу бағытының өзгерісі стерженьнің айналыс бағытының өзгерісіне әкеліп соғады. Бұл тәжірибенің механикалық моделі ретінде айналып тұрған орындыққа адамды отырғызып, оның қолына айналып тұрған велосипед доңғалағын ұстатып жасауға болады. Адам велосипед доңғалағын жоғары қараи аиналдыратын болса, өзі доңғалақтың айналу бағытына қарама-қарсы жаққа қарай айналып кетеді. Доңғалақты төмен қарай айналдырғанда да, адам қарама-қарсы жаққа қарай айналады. [[Эйнштейн]] мен [[де Хаас|де Хаастың]] тәжірибесі төмендегідей жузеге асырылды. Серпімді шиыршықталған жіпке
жұқа темір стержень іліп, оны соленоидтың ішіне орналастырған. Тұрақты [[Магнит өрісі|магнит өрісімен]] стерженьді магниттеген уақытта жігітің бұралуы өте аз болады. Тиімділігін арттыру үшін [[резонанс]] әдісі қолданылады — соленопдтысоленоидты жиілігі снстеманыңсистеманың механнкалықмеханикалық тербелісінің
меншікті жиілігімен тең етіп таңдап алынған айналмалы токпен қоректендіреді. Осы жағдайда тербеліс амплитудасы жіпке бекітілген айнадан шағылысқан жарық ебелегінің ығысуын байқай отырып өлшеуге болатын мәнге жетеді. Тәжірибе мәліметтерінен [[Гаусс системасы|Гаусс системасында)]] шамасына тең болатын гиромагниттік қатынасы есептелген болатын. Сөйтіп, молекулалық токтарды туғызатын заряд тасымалдаушыларының таңбасы, [[электрон заряды|электрон зарядының]] таңбасымен тура келді. Алайда алынған нәтиже күткен (51.3) гиромагниттік қатынастың мәнінен екі есе артып кетті. 1 [[Барнетт]] тәжірибесін түсіндіру үшін, мынаны еске түсірейік, гироскопты қандай да бір бағытта айналысқа келтіруге әрекет жасағанда гпроскоптыңгироскоптың осін, гироскоптың меншікті және оны еріксіз айналдырушы бағыты дал келетіндей, бұрамыз. Егер карданды ілгішке бекітілген гироскопты центрден тепкіш машинаның дискісіне орнатып, оны айналысқа келтірсек, онда гироскоптың осі вертикаль бойымен орналасады, әрі гироскоптың айналу бағыты дискінің айналу бағытымен дәл келеді. Центрден тепкіш машинаның айналу бағытын өзгерткенде гироскоптың осі 180°-қа бұрылады, яғни айналыстың екеуінің де бағыттары қайтадан дәл келетіндей бұрылады. [[Барнетт]] темір стерженьді өзі осінен өте жылдам айналатын етіп жасады, осы кезде пайда болатын магниттелуді өлшеді. Осы тәжірибенің нәтижесінде де [[Барнетт (51.3)]] мәнінен екі есе артатын гиромагниттік қатынастың шамасын тапты. Осыдан былай қарай электронның және
орбитальдық момснттсрінснмоменттерінен басқа Ls меншікті механикалық және pms магниттік моменттері болатындыгыболатындығы▼
Осыдан былай қарай электронның (51.1) және (51.2)
▲орбитальдық момснттсрінсн басқа Ls меншікті механикалық және pms магниттік моменттері болатындыгы
анықталды, бұлар үшін гиромагниттік қатынасы мынаған тең:
яғни [[Эйнштейн]], [[де Хаас]] және [[Барнетт]] тәжірибслсрінентәжірибелерінен
алынған мәнімен дәл келеді. Осыдан темірдің магниттік
қасиеттері электрондардың орбитальдыгынан емес, керісінше, меншікті магниттік моментінен шығады.
Электрондардыц меншікті моменттерінің болуын алғашында элсктронды өз осінсп айиалып тұрган зарядталган шар ретінде қарастыра отырып түсіндіруге тырысты. Осыган сәйкес электронный меншікті механикалық моменті с п и н деген атка ие болды (ағылшынша lospin — айналу деген сөзден шыққан). Алайда мұндай түсі кейбір қарама-қарсы қайшылықтарга келтіретінін
байқап, бұл «[[айналмалы электрон]]» ұғымынан кейін бас
тартуға тура келді. Қазіргі уақытта [[меншікті мехаиикалықмеханикалық момент]] (спин) және осыған байланысты меншікті
(спинді) магнит моменті, электрондардын массасы мен заряды сияқты бөлінбейтін қасиеттері болып саналады.
Электрондардан басқа элементар бөлшектерде де спин болады.▼
заряды сняқты бөлінбейтің қасисттері болып саналады.
Элементар бөлшектердін спины һ шамасынык бүтін немесе жартылай есе мәніне тен, ол һ Планк тұрақтысын▼
▲Электрондардан басқа элементар бөлшектерде де
2л-reгe бөлгеигебөлгенге тен ':▼
спин болады.
А =1,05-10<sup>-34</sup>Дж*сек.
Элементар бөлшектердін спины һ шамасынык бутін
Жекелеп алғанда электрон үшін Ls=-^h1/2h, осыған байланысты электрон спины —геспиныге тең деп айтады. Сонымен,▼
▲немесе жартылай есе мәніне тен, ол һ Планк тұрақтысын
[[элементар заряд]] е зарядтың табиғи бірлігі болып табылатыны сияқты Йh-ты импульс моментінің табиги бірлігі▼
▲2л-re бөлгеиге тен ':
А =1,05-10 34<?ж-се/с—1,05- Ю~27эрг-сек. (51.5)
▲Жекелеп алғанда электрон үшін Ls=-^h, осыған байланысты электрон спины —ге тең деп айтады. Сонымен,
▲элементар заряд е зарядтың табиғи бірлігі болып табылатыны сияқты Й-ты импульс моментінің табиги бірлігі
ретінде қарастыруга болады.
(51.4) өрнегіне сойкесДемек, электронның [[меншікті магнит моменті]] [[Бор|Бордың]] бір магнетона тең.
моменті мынаған тең:
е , е 1і еТі /Г1 P m s — — ( 5 1 ' 6 )
Мына
|хя = ^ =0,927- Ю~23 джоуль/тесла ==0,927-
(51. 7)
шаманы Б о р м а г н е т о н ы деп атайды. Демек, электронның меншікті магнит моменті Бордың бір магнетоныша тең.
Атомный магнит моменті оның құрамына енетін электрондардын орбитальды және меншікті моменттерінен,
сондай-ақ ядроның магнит моментінен (ядроның құрамына енетін элементар бөлшектер — протондар мен нейтрондардың магнит моменттерінен болатын) тұрады. Ядроның магнит моменті электрондардын моменттерінен
едәуір кем болады, сондықтан көп мәселелерді қарастырғанда оны ескермей атомның магнит моменті электрондардын магнит моменттерінің векторлық қосындысына тең деп есептейміз. Молекулалардың магнит моланк тұрақтысын сонымен катар квант осері деп те атайды.
б і . . ~ — Р т В өрнекке байланысты магнит моментінік өлшем
лук 1 П э н е Р г и я н ы Ч өлшем бірлігін (эрг немесе джоуль) магнит индукциясының өлшем бірлігіне (гаусс немесе тесла) бөлгенге тец.
Элементтенттерін де олардың құрамына кіретін электрондардың
магнит моменттерінің қосындысына тең деп есептейміз
Атомдар мен молекулалардыд магнит моменттеріне
эксгіериментальдық анықтамасын берген [[Штерн]] жоне
[[Герлах]] болды. Олардың тәжірибесінде үлкен градиентті
магнит өрісі аркылы молекулалық шоқ жіберіледі. Өрістің әр тектілігін электромагнит полюстері үштарын ерекше формада жасау есебінен алуға болады.
оның шамасы мен таңбасы өріс бағыты мен р'т векторының арасындағы а бұрышқа байланысты болады. Бағыт▼
Өрістің эр тектілігін электромагнит полюстері үіитарын
ерекше формада жасау (96-
сурет) есебінен алуга бола- Өріссіз I • ;
өрнегіне сэйкес шоқтың атомдары немесе молекулаларына мынадай күш эсер етуге тиісті:
г дБ
f=Pm-arcosa'
▲оның шамасы мен таңбасы өріс бағыты мен р'т векторының арасындағы а бұрышқа байланысты болады. Бағыт
бойынша молекулалар моменттерінің хаосты таралуы
кезінде шоқта a-ның мәні 0-ден л-ге дейін өзгеретін бөлшектер болады. Осыған байланысты, жіңішке молекулалық шоқ полюстың арасымен өткенде, экранда созыл-созылған тұтас із қалдырады деп ұйғарылған. Оның шеті а = 0
ған тұтас із қалдырады деп ұйғарылған. Оныц шеті а = 0
және я бұрыштарын жасайтын молекулаларға сәйкес келеді. Тәжірибе күтпеген нәтиже берді. Өріс
жоқта алынған тұтас созылған іздің орнына, шок
ізіне қатысты симметриялы орналасқан жеке сызыктар
алынды.
[[Штерн лоне Герлах тәжірибелері]], [[Магнит өрісінің кернеулігі (H)|магнит өрісіне]] қарағанда, атомдар мен молекулалардың [[магнит моменті|магнит моменттері]] бағдарланатыибағдарланатын бұрыштардың тек дискретті мәндері болатындығын көрсетті, яғни өріс бағытына түсірілген
магнит моментінің проекциясы квантталады. Магнит өрісінін бағытында, магнит моменті лроекпиясынынпроекциясының мүмкін болатын мәндерінін саны әр түрлі▼
болатындығын көрсетті, яғни өріс бағытына түсірілген
том тар үшін түрліше болады. [[Күміс]], [[алюминий]],▼
магнит моментінің проекциясы квантталады.
[[мыс]] және [[сілті металдары|сілті металдарының]] атомдары үшін ол екіге▼
▲Магнит өрісінін бағытында, магнит моменті лроекпиясынын мүмкін болатын мәндерінін саны әр түрлі
т с нтең ал [[ванадий]], [[азот]] және [[галоген|галогендер]] үшін —төртке,▼
▲том тар үшін түрліше болады. Күміс, алюминий,
оттёгіоттегі үшін —беске, [[марганец]] үшін алтыға, [[темір]] үшін тоғызға, [[кобальт]] үшін онға тең және т. б.▼
▲мыс және сілті металдарының атомдары үшін ол екіге
Атомдардың магнит моменттерін өлшеу [[Бор]] магнетотының бірнеше мәндерін берді. Кейбір атомдар шоқтарының ауытқуы байкалмайды, бұл оларда магниттік моменттері жоқ екенін көрсетеді.▼
▲т с н ал ванадий, азот және галогендер үшін —төртке,
▲оттёгі үшін —беске, марганец үшін алтыға, темір үшін тоғызға, кобальт үшін онға тең және т. б.
▲Атомдардың магнит моменттерін өлшеу Бор магнетотының бірнеше мәндерін берді. Кейбір атомдар шоқтарының ауытқуы байкалмайды, бұл оларда магниттік моменттері жоқ екенін көрсетеді.
«https://kk.wikipedia.org/wiki/Магнитомеханикалық_құбылыстар» бетінен алынған