Досліди Резерфорда по вивченню розсіювання - частинок, що випускаються радіоактивними препаратами, на металевій фользі були виконані в 1911 р Ці досліди з'явилися остаточним експериментальним обґрунтуванням планетарної моделі атома. Атоми всіх речовин складаються з позитивно зарядженого ядра і рухаються навколо ядер по кругових орбітах негативно заряджених електронів. Модель атома Резерфорда використовує опис руху електронів в атомах на основі законів класичної фізики. За законами класичної фізики, орбітальний рух електронів не може бути стійким, так як нерівномірне рух електронів повинно супроводжуватися випромінюванням електромагнітних хвиль. Насправді закони класичної фізики застосовні до макроскопічних тіл, що складається з дуже великого числа елементарних частинок. А поведінка його атомів може бути описано лише на основі квантових законів. Застосування квантових законів до опису руху електронів в атомах знайшло відображення в постулатах Бора. У постулатах затверджується, що орбіти електронів в атомах - стаціонарні і дискретні. Випромінювання або поглинання енергії атомами відбувається квантами і пов'язане із стрибкоподібним переходом електрона з однієї дозволеної орбіти на іншу.
Електрон, що рухається по круговій орбіті, утворює магнітний диполь (див. Рис. 7.7).
Так як заряд електрона - негативний, то вектор механічного моменту імпульсу електрона спрямований протилежно вектору магнітного моменту орбітального руху електрона. маємо:
де - частота обертання електрона по орбіті радіуса,
де - швидкість руху електрона по орбіті, - маса електрона.
Визначення. Ставлення магнітного моменту елементарної частинки до її механічного моменту називається магнітомеханічне (або гіромагнітного) ставленням.
Для орбітального руху електрона гіромагнітне відношення дорівнює
З рис. 7.7 видно, що магнітні властивості кожного атома пов'язані з механічним обертанням електронів навколо ядра. Цей факт лежить в основі магнітомеханіческіх явищ: намагничение магнетика призводить до його обертанню і, навпаки, обертання магнетика викликає його намагничение.
Виникнення обертання магнетика при його намагнічених було виявлено експериментально в досвіді Ейнштейна і де Гааза (див. Рис. 7.8).
Тонкий залізний стрижень, підвішений на пружною нитки, поміщали всередину соленоїда. При намагнічених стержня в постійному магнітному полі соленоїда зі струмом нитка закручувалася на малий кут. Щоб підсилити ефект, соленоїд харчувався не постійною, а змінним струмом на частоті, що дорівнює власній частоті механічних коливань системи. Амплітуда резонансних коливань вимірювалася за допомогою дзеркала, укріпленого на нитки. З досвіду було оцінено гіромагнітне ставлення електрона, яке по модулю виявилося майже в 2 разів більше, ніж за рахунок орбітального руху електрона в (7.16), тобто
Такий же результат для величини гіромагнітного відносини електрона був отриманий в досвіді Барнетта. Залізний стрижень приводився в дуже швидке обертання. При цьому стрижень намагнічуватися. Пояснення досвіду: обертається електрон подібний гіроскопа. При обертанні стержня кожен такий гіроскоп, а також на власний, отримував додатково примусове обертання. При цьому вісь обертання кожного гіроскопа прагне орієнтуватися в напрямку вимушеного обертання.
Видно, що експериментальний результат (7.17) не узгоджується з теоретично очікуваним (7.16) для орбітального руху електрона. Пояснення невідповідності було дано в квантової теорії: електрон, як і інші елементарні частинки, володіє власним механічним моментом (спіном) і відповідним йому власним магнітним моментом. Причому гіромагнітне відношення для власних моментів електрона
Вивод.Магнітние властивості заліза, як і інших феромагнетиків, обумовлені не орбітальним, а власним магнітним моментів електронів.
Спін елементарних частинок виявляється цілим або напівцілим кратним постійної Планка.
Магнітний момент атома векторно складається з орбітальних і власних магнітних моментів електронів і магнітного моменту ядра. Момент ядра складається з магнітних моментів входять до нього протонів і нейтронів. Магнітний момент ядра зазвичай малий у порівнянні з магнітним моментом електрона. При розгляді багатьох явищ магнітні моменти ядер не враховують.
У дослідах Штерна і Герлаха (див. Рис. 7.9) магнітні моменти атомів вимірювалися експериментально. Пучок атомів пропускався через сильно неоднорідне магнітне поле. Неоднорідність поля забезпечувалася спеціальною формою полюсних наконечників електромагніту.
У неоднорідному полі на атоми пучка діє сила
де - кут між магнітним моментом атома і індукцією магнітного поля.
Через теплового руху значення кутів для різних атомів в пучку розподілені хаотично (в межах від до). Після проходження в магнітному полі, на екрані замість суцільного розтягнутого сліду пучка реєструвалися окремі лінії, розташовані симетрично щодо сліду пучка, отриманого під час відсутності магнітного поля. Число ліній залежить від роду речовини.
Вивод.Угли орієнтації магнітних моментів атомів щодо направлення магнітного поля можуть приймати тільки дискретні значення, тобто проекція магнітного моменту на напрямок магнітного поля квантів.
Вимірювання показали, що магнітні моменти атомів можуть досягати значень порядку декількох Магнетон Бора, де. Наприклад власний магнітний момент електрона дорівнює одному магнетону Бора. У деяких атомів розщеплення пучка в неоднорідному магнітному полі не виявляється. Такі атоми не володіють магнітними моментами.