Moment magnetyczny atomu

(1)

Karina Chaustow

Moment magnetyczny atomu

(2)

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

(3)

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 .

(4)

Model atomu wg Thomsona

1903 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.

(5)

Model atomu wg Rutherforda

Model

Ernesta Ruthe rforda

został nazwany modelem

"planetarnym"

(elektrony

obiegają jądro podobnie jak planety

obiegają Słońce).

Ryc. Atom - model

Rutherforda

(6)

Model atomu wg Bohra

Atom 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.

(7)

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

(8)

Współczesny atom

Twierdzimy, 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.

(9)

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).

(10)

Doświadczenie Einsteina-de Haasa (1915r.)

Przeprowadzili sprytne

doświadczenie, które miało pokazać ,że moment pędu i moment magnetyczny pojedynczych atomów są ze sobą

sprzężone.

(11)

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.

(12)

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 :

(13)

m

_s

= +/-1/2 nosi nazwę magnetycznej spinowej liczby kwantowej. Często mówi się, że liczbie kwantowej m

_s

= +1/2 odpowiada spin

skierowany w górę, a m

_s

= -1/2 odpowiada spin

skierowany w dół.

(14)

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 kwantową ℎ- wynosi ℎ/2π

(15)

Dipolowy moment magnetyczny



Dipolowy moment magnetyczny μ

orb

wiąże się z momentem pędu równaniem :

Znak minus oznacza ,że moment magnetyczny μ

orb

jest skierowany antyrównolegle do L

Wartość momentu magnetycznego jest skwantowana i wynosi :

Wektorów μ

orb