Лекции по квантовой механике. Розман Г.А. - 95 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

95
,
22
)sin(
sin2
2
)(
0
2
0
2
2
0
0
ee
e
ezZ
m
em
dV
m
em
rd
rm
em
SdjdMM
hh
h
µ
=Ψ
µ
=
=θπσΨ
Θ
µ=
=σµ==
∫∫
ϕ
ãäå èñïîëüçîâàíî óñëîâèå íîðìèðîâêè.
Òàêèì îáðàçîì, äâèæåíèå ýëåêòðîííîãî îáëàêà âåðîÿòíîñòè âîêðóã
ÿäðà ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ ìàãíèòíîãî ìîìåíòà.  êîíå÷íóþ ôîðìó-
ëó âõîäèò ìàãíèòíîå êâàíòîâîå ÷èñëî
m
, ÷òî è îïðåäåëÿåò åãî íàçâàíèå.
Ðàíåå ìû ïîëó÷èëè âûðàæåíèå äëÿ ìåõàíè÷åñêîãî ìîìåíòà ýëåêòðî-
íà â àòîìå:
.
h
mM
ìåõ
z
=
Ñîñòàâèì îòíîøåíèå ìàãíèòíîãî è ìåõàíè÷åñêîãî ìîìåíòîâ:
.
2
0
Ã
m
e
M
M
e
ìåõ
z
ìàã
z
==
µ
(25.6)
Ýòî îòíîøåíèå íîñèò íàçâàíèå ãèðîìàãíèòíîãî îòíîøåíèÿ. Êàê âè-
äèì, îíî íå ñîäåðæèò ïîñòîÿííîé Ïëàíêà. Íà îñíîâàíèè ïðèíöèïà ñîîò-
âåòñòâèÿ óòâåðæäàåì, ÷òî îíî ñïðàâåäëèâî êàê â êâàíòîâîé, òàê è â êëàñ-
ñè÷åñêîé ôèçèêå. Çíàê - â ôîðìóëå (25.6) îçíà÷àåò, ÷òî â îðáèòàëüíîì
äâèæåíèè ïðîåêöèè íà îñü Oz ìåõàíè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ìîìåíòîâ ýëåê-
òðîíà íàïðàâëåíû â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû. Íàëè÷èåì îðáèòàëüíîãî
ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ýëåêòðîííîãî îáëàêà âåðîÿòíîñòè îáúÿñíÿþòñÿ äèà-
ìàãíèòíûå è ïàðàìàãíèòíûå ñâîéñòâà àòîìîâ. Äèàìàãíèòíûé ýôôåêò ñâÿ-
çàí ñ ïðîÿâëåíèåì ÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûé èíäóêöèè ïðè ïîìåùåíèè
àòîìà âî âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå. Îí ïðèâîäèò ê îñëàáëåíèþ âíåøíåãî
ïîëÿ è èñ÷åçàåò ïðè âûêëþ÷åíèè âíåøíåãî ïîëÿ. Ýòîò ýôôåêò ïðèñóù âñåì
âåùåñòâàì. Íî â ðÿäå âåùåñòâ (ïàðàìàãíåòèêè è ôåððîìàãíåòèêè) îí íå
ÿâëÿåòñÿ ïðåîáëàäàþùèì. Ïðè ýòîì â àòîìå îáÿçàòåëüíî äîëæíî áûòü ÷åò-
íîå ÷èñëî ýëåêòðîíîâ, íàõîäÿùèõñÿ â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè.  ñëó÷àå æå
íàëè÷èÿ íåñïàðåííûõ ýëåêòðîíîâ ìàãíèòíûå ìîìåíòû èõ íå ñêîìïåíñèðî-
âàíû è âåùåñòâî ïðîÿâëÿåò ïàðàìàãíèòíûé ýôôåêò. Â îòñóòñòâèå âíåøíå-
ãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ ìàãíèòíûå ìîìåíòû àòîìîâ îðèåíòèðîâàíû õàîòè÷-
íî, ïàðàìàãíåòèê íå íàìàãíè÷åí, ïðè âêëþ÷åíèè âíåøíåãî ìàãíèòíîãî
ïîëÿ ïðîèñõîäèò óïîðÿäî÷èâàíèå íàïðàâëåíèé ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ, êî-
òîðîìó ïðåïÿòñòâóåò âíóòðåííåå (òåïëîâîå) äâèæåíèå ñòðóêòóðíûõ ÷àñ-
òèö âåùåñòâà.
                 M Z = ∫ dM z = ∫ µ 0 ( j e ) ϕ dσ ⋅ S =
                                   2emh
                      = −µ 0 ∫
                                               2
                                              Ψ dσ ⋅ π( r sin θ) 2 =
                                 2m e r sin Θ
                           µ 0 emh                     µ 0 emh
                                     ∫Ψ
                                          2
                      =−                      dV = −           ,
                            2m e                        2m e

ãäå èñïîëüçîâàíî óñëîâèå íîðìèðîâêè.
      Òàêèì îáðàçîì, äâèæåíèå ýëåêòðîííîãî îáëàêà âåðîÿòíîñòè âîêðóã
ÿäðà ïðèâîäèò ê âîçíèêíîâåíèþ ìàãíèòíîãî ìîìåíòà.  êîíå÷íóþ ôîðìó-
ëó âõîäèò ìàãíèòíîå êâàíòîâîå ÷èñëî m , ÷òî è îïðåäåëÿåò åãî íàçâàíèå.
      Ðàíåå ìû ïîëó÷èëè âûðàæåíèå äëÿ ìåõàíè÷åñêîãî ìîìåíòà ýëåêòðî-
íà â àòîìå:
                                              ìåõ
                                       Mz           = mh.
     Ñîñòàâèì îòíîøåíèå ìàãíèòíîãî è ìåõàíè÷åñêîãî ìîìåíòîâ:
                        ìàã
                    Mz        µe
                       ìåõ
                           = − 0 = Ã.                                  (25.6)
                    Mz        2me
      Ýòî îòíîøåíèå íîñèò íàçâàíèå ãèðîìàãíèòíîãî îòíîøåíèÿ. Êàê âè-
äèì, îíî íå ñîäåðæèò ïîñòîÿííîé Ïëàíêà. Íà îñíîâàíèè ïðèíöèïà ñîîò-
âåòñòâèÿ óòâåðæäàåì, ÷òî îíî ñïðàâåäëèâî êàê â êâàíòîâîé, òàê è â êëàñ-
ñè÷åñêîé ôèçèêå. Çíàê “-“ â ôîðìóëå (25.6) îçíà÷àåò, ÷òî â îðáèòàëüíîì
äâèæåíèè ïðîåêöèè íà îñü Oz ìåõàíè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ìîìåíòîâ ýëåê-
òðîíà íàïðàâëåíû â ïðîòèâîïîëîæíûå ñòîðîíû. Íàëè÷èåì îðáèòàëüíîãî
ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ýëåêòðîííîãî îáëàêà âåðîÿòíîñòè îáúÿñíÿþòñÿ äèà-
ìàãíèòíûå è ïàðàìàãíèòíûå ñâîéñòâà àòîìîâ. Äèàìàãíèòíûé ýôôåêò ñâÿ-
çàí ñ ïðîÿâëåíèåì ÿâëåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûé èíäóêöèè ïðè ïîìåùåíèè
àòîìà âî âíåøíåå ìàãíèòíîå ïîëå. Îí ïðèâîäèò ê îñëàáëåíèþ âíåøíåãî
ïîëÿ è èñ÷åçàåò ïðè âûêëþ÷åíèè âíåøíåãî ïîëÿ. Ýòîò ýôôåêò ïðèñóù âñåì
âåùåñòâàì. Íî â ðÿäå âåùåñòâ (ïàðàìàãíåòèêè è ôåððîìàãíåòèêè) îí íå
ÿâëÿåòñÿ ïðåîáëàäàþùèì. Ïðè ýòîì â àòîìå îáÿçàòåëüíî äîëæíî áûòü ÷åò-
íîå ÷èñëî ýëåêòðîíîâ, íàõîäÿùèõñÿ â îñíîâíîì ñîñòîÿíèè.  ñëó÷àå æå
íàëè÷èÿ íåñïàðåííûõ ýëåêòðîíîâ ìàãíèòíûå ìîìåíòû èõ íå ñêîìïåíñèðî-
âàíû è âåùåñòâî ïðîÿâëÿåò ïàðàìàãíèòíûé ýôôåêò. Â îòñóòñòâèå âíåøíå-
ãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ ìàãíèòíûå ìîìåíòû àòîìîâ îðèåíòèðîâàíû õàîòè÷-
íî, ïàðàìàãíåòèê íå íàìàãíè÷åí, ïðè âêëþ÷åíèè âíåøíåãî ìàãíèòíîãî
ïîëÿ ïðîèñõîäèò óïîðÿäî÷èâàíèå íàïðàâëåíèé ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ, êî-
òîðîìó ïðåïÿòñòâóåò âíóòðåííåå (òåïëîâîå) äâèæåíèå ñòðóêòóðíûõ ÷àñ-
òèö âåùåñòâà.
                                              95