Магнетон Бора

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Магнето́н Бо́ра — элементарный магнитный момент.

Впервые обнаружен и рассчитан в 1911 году румынским физиком Стефаном Прокопиу[1][2], назван в честь Нильса Бора, который самостоятельно вычислил его значение в 1913 году.

Магнетон Бора определяется через фундаментальные константы[3] в Гауссовой системе единиц выражением

и в системе СИ выражением

,

где ħ — постоянная Дирака, е — элементарный электрический заряд, me — масса электрона, c — скорость света.

Значение магнетона Бора в зависимости от выбранной системы единиц:

система значение единицы
СИ[4] 927,40100783(28)⋅10−26 Дж/Тл
СГС[5] 927,40100783(28)⋅10−23 эрг/Гс
[6] 5,7883818060(17)⋅10−5 эВ/Тл
5,7883818060(17)⋅10−9 эВ/Гс

Часто также используют константные комбинации, содержащие магнетон Бора (СИ):

  • μB/h = 13,996 244 936 1(42)⋅109 Гц/Тл[7],
  • μB/hc = 46,686 447 783(14) м−1Тл−1[8],
  • μB/k = 0,671 713 815 63(20) K/Тл[9].

Физический смысл[править | править код]

Физический смысл магнетона Бора легко понять из полуклассического рассмотрения движения электрона по круговой орбите радиуса со скоростью . Такая система аналогична витку с током, где сила тока равна заряду, делённому на период вращения: . Согласно классической электродинамике, магнитный момент витка с током, охватывающего площадь , равен (в системе единиц СГС)

,

где  — орбитальный момент количества движения электрона. Если учесть, что по квантовым законам орбитальный (механический) момент электрона может принимать лишь дискретные значения, кратные постоянной Планка, то есть , где  — орбитальное квантовое число электрона, то и значения магнитного момента электрона могут быть только дискретными[10]

и магнитный момент электрона кратен магнетону Бора. Следовательно, играет роль элементарного магнитного момента — «кванта» магнитного момента электрона.

Помимо орбитального момента количества движения , обусловленного движением вокруг атомного ядра, электрон обладает собственным механическим моментом — спином (в единицах ħ). Спиновый магнитный момент , где  — g-фактор электрона. В релятивистской квантовой теории значение получается из уравнения Дирака и равно 2, то есть в 2 раза больше значения, которого следовало ожидать на основании формулы (1), но так как , то теоретически получается, что собственный магнитный момент электрона равен магнетону Бора , как и первый орбитальный магнитный момент при . Тем не менее, из экспериментов известно, что g-фактор электрона ge = 2,002 319 304 361 53(53).

Примечания[править | править код]

  1. Procopiu Ș. Sur les éléments d’énergie (фр.) // Annales scientifiques de l'Université de Jassy. — 1911–1913. — Vol. 7. — P. 280.
  2. Procopiu Ș. Determining the Molecular Magnetic Moment by M. Planck's Quantum Theory (англ.) // Bulletin scientifique de l’Académie roumaine de sciences. — 1913. — Vol. 1. — P. 151.
  3. Магнетон — статья из Физической энциклопедии
  4. CODATA value: Bohr magneton. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. Дата обращения: 10 апреля 2023. Архивировано 17 февраля 2012 года.
  5. O'Handley R. C. Modern magnetic materials: principles and applications (англ.). — John Wiley & Sons, 2000. — P. 83. — ISBN 0-471-15566-7.
  6. Bohr magneton in eV/T. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. Дата обращения: 10 апреля 2023. Архивировано 18 ноября 2016 года.
  7. Bohr magneton in Hz/T. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. Дата обращения: 10 апреля 2023. Архивировано 16 августа 2022 года.
  8. Bohr magneton in inverse meter per tesla. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. Дата обращения: 10 апреля 2023. Архивировано 16 августа 2022 года.
  9. Bohr magneton in K/T. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. NIST. Дата обращения: 10 апреля 2023. Архивировано 12 августа 2022 года.
  10. Магнетон Бора — статья из Большой советской энциклопедии

См. также[править | править код]

Ссылки[править | править код]