Karina Chaustow

Moment magnetyczny atomu

Plan prezentacji 1. Atom 2. Właściwości atomu.3. Doświadczenie Einsteina-de Haasa.4. Spin elektronu.5. Moment pędu i moment magnetyczny 6. Spinowy moment magnetyczny 7. Literatura

Atom

Atomy składają się z jądra i otaczających to jądro elektronów. W jądrze znajdują się z kolei nukleony: protony i neutrony. Neutrony są cząsteczkami obojętnymi elektrycznie, protony noszą ładunek elektryczny dodatni, zaś elektrony – ujemny.

Atomy łączą się ze sobą, tworząc stałe cząstki i ciała stałe. Atom jest praktycznie pusty w środku. Jednak kiedy staniesz na podłodze zrobionej z atomów nie polecisz przez nią .

Model atomu wg Thomsona1903 r. J.J. Thomson zaproponował następujący model atomu. Atom ma postać kuli równomiernie wypełnionej elektrycznym ładunkiem dodatnim, wewnątrz której znajduje się elektron. Sumaryczny ładunek dodatni kuli równy jest ładunkowi elektronu, tak więc atom jako całość jest obojętny elektrycznie. który nazwał "rodzynki w cieście" ponieważ wyobrażał sobie elektrony jako ujemnie naładowane cząstki zatopione w dodatnio naładowanym atomie.

Model atomu wg RutherfordaModel Ernesta Rutherforda został nazwany modelem "planetarnym" (elektrony obiegają jądro podobnie jak planety obiegają Słońce).

Ryc. Atom - model Rutherforda

Model atomu wg BohraAtom wodoru według Bohra składa się z dodatnio naładowanego jądra skupiającego prawie całą masę atomu i z elektronu krążącego po orbicie kołowej.Aby elektron nie mógł przyjmować dowolnej odległości od jądra, Bohr wprowadził ograniczenia w postaci postulatów.Pierwszy z tych postulatów dotyczył wzajemnego położenia elektronu i jądra atomu wodoru. Drugi postulat dotyczy natomiast sposobu promieniowania i pochłaniania energii przez atom.

Postulaty Bohra

1. Elektron w atomie wodoru znajduje się w ciągłym ruchu, może poruszać się tylko po ściśle określonych orbitach kołowych, na których nie może promieniować energii. Tylko takie orbity są dozwolone, dla których iloczyn długości orbity i pędu elektronu jest równy całkowitej wielokrotności stałej Plancka. 2 rmv=nh ; n=1,2,3.......

2.Przejściu elektronu z jednej orbity stacjonarnej na drugą towarzyszy emisja lub pochłoniecie kwantu energii równej różnicy energii elektronu na tych orbitach stacjonarnych.E - E = hf, E=hf

Współczesny atomTwierdzimy, że elektrony (cząstki elementarne - niepodzielne) nieustannie poruszają się wokoło jądra, ale nie koniecznie po kołowych orbitach. Same elektrony często uznajemy za rozmyte chmury ładunku ujemnego.

Atomy mają moment pędu i moment magnetyczny Cząstka poruszając się po orbicie

ma zarówno moment pedu L ,jak i magnetyczny moment dipolowy U.

Na rysunku oba wektory L i U są prostopadłe do płaszczyzny orbity , ale ponieważ ładunek cząstki jest ujemny ,ich zwroty są przeciwne .

Z każdym stanem kwantowym elektronu w atomie jest związany moment pędu L i skierowany przeciwnie moment magnetyczny u (mówimy że te wielkości wektorowe są sprzężone).

Doświadczenie Einsteina-de Haasa (1915r.) Przeprowadzili sprytne doświadczenie, które miało pokazać ,że moment pędu i moment magnetyczny pojedynczych atomów są ze sobą sprzężone.

Doświadczenie Einsteina-de Haasa Zawiesili na cienkim włóknie żelazny walec .

Dokoła tego walca nie dotykając go, umieszczono solenoid .Początkowo momenty magnetyczne atomów w walcu skierowane były w przypadkowych kierunkach ,tak więc zewnętrzne pole magnetyczne wytwarzane przez te momenty równało się zeru.

Kiedy jednak w solenoidzie zaczął płynąć prąd w jego wnętrzu powstało pole magnetyczne o indukcji B skierowane równolegle do osi solenoidu . Momenty magnetyczne atomów zmieniły orientację i ustawiły się wzdłuż tego pola oznacza to że wektory momentów pędu ustawiają się antyrównolegle do pola o indukcji B . Ponieważ na walec nie działały początkowo żadne zewnętrzne momenty sił, więc jego moment nie może się zmienić ,a zatem walec jako całość musiał zacząć się obracać dokoła osi.

Spin elektronu Elektron ma własny spinowy moment pędu S

często zwany spinem. Wartość spinu jest skwantowana i zależy od

spinowej liczby kwantowej ,liczba ta jest zawsze równa ½ .

Składowa spinu zależy od magnetycznej spinowej liczby kwantowej która może przyjmować wartość :

ms = +/-1/2 nosi nazwę magnetycznej spinowej liczby kwantowej. Często mówi się, że liczbie kwantowej ms = +1/2 odpowiada spin skierowany w górę, a ms = -1/2 odpowiada spin skierowany w dół.

Orbitalny moment pędu a magnetyzm Wartość L orbitalnego momentu pędu L

elektronu w atomie jest skwantowana Oznacza to że L może przyjmować tylko

pewne wartości

ℓ -jest orbitalną liczbą kwantowąℎ- wynosi ℎ/2π

Dipolowy moment magnetyczny Dipolowy moment magnetyczny μorb wiąże się z momentem pędu

równaniem : Znak minus oznacza ,że moment magnetyczny μorb jest skierowany

antyrównolegle do L Wartość momentu magnetycznego jest skwantowana i wynosi :

Wektorów μorb ani L nie można w żaden sposób zmierzyć .można natomiast

zmierzyć składowe tych dwóch wektorów wzdłuż danej osi . Składowe μorb są również skwantowane

gdzie : jest magnetone Bohra

m –oznacz masę elektronu

Spinowy moment pędu i spinowy moment magnetyczny Wartość spinowego momentu pędu może być tylko jedna: gdzie: s(=1/2)jest spinową liczbą kwantową elektronu

Spinowy magnetyczny moment dipolowy μs jest związany ze spinowym momentem pędu relacją :

μs=- znak( -)oznacza że wektor μs jest skierowany przeciwnie do wektora S

Składowe spinowego momentu pędu są skwantowane i wynoszą:

Sz=mshSkładowe spinowego momentu magnetycznego są także

skwantowane i wynoszą μs,z=-2msμB

Literatura Halliday, Resnick, Walker “Podstawy fizyki” Eugeniusz Wnuczak “Fizyka Działy Wybrane” H.Ibach,H.Luth ‘’Fizyka Ciała Stałego’’

www.fuw.edu.pl/~marysia/wfaccs/wyklad4.pdf www.chemia.dami.pl www.discmd.com/Atom/atom_images/template_ima

KONIEC