分子磁矩

分子磁矩是指分子中的電子自旋磁矩與電子軌道磁矩的總和。它是物質的微觀性質。

近代物理理論和實驗研究表明，電子有磁矩，原子和原子核一般也有磁矩。原子中電子繞核的軌道運動相當於一個環形電流，相應地有軌道磁矩μe；電子本身還具有自旋運動，相應地具有自旋磁矩μs，原子磁矩則等於原子核磁矩和原子中各電子磁矩的總和，但原子核磁矩很小，要比電子磁矩小三個數量級，因此可以認為原子磁矩等於原子中各電子軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和。

基本介紹

• 中文名：分子磁矩
• 外文名：Molecular magnetic moment
• 領域：物理
• 學科：電磁學
• 數值：電子自旋磁矩與電子軌道磁矩之和
• 意義：反應物質的微觀性質

概念

分子磁矩是指分子中的電子自旋磁矩與電子軌道磁矩的總和。它是物質的微觀性質，其值為：， 式中g為朗德因子，J為內量子數，μ₀為玻爾磁子。分子的磁矩在磁場中順著磁場的方向轉向，故使物質表現順磁性，但無論分子是否具有永久磁矩，在磁場中都要產生一與磁場方向相反的誘導磁矩，故使物質表現反磁性。

磁矩

描述載流線圈磁性質及微觀粒子物理性質的物理量。載有電流I、面積為S的平面線圈的磁矩m定義為：

式中，n為沿平面線圈法線方向的單位矢量，其指向與電流I環繞方向間成右螺旋關係，磁矩為m的載流小線圈在磁感應強度為B的磁場中受到的磁力F、磁力矩L分別為：

磁矩為m的載流小線圈所產生的磁場的磁感應強度B在遠處可表示為：

式中r為磁矩到場點的位矢；μ₀為真空中的磁導率。

通常講磁矩都是指上面定義的磁偶極矩，此外尚有磁多極矩，其極次以2^l(l=1，2，…)表示。l=1時，即為上述磁偶極矩；l=2時，即為磁四極矩等。磁多極矩概念用於電磁輻射理論中。

近代物理理論和實驗研究表明，電子有磁矩，原子和原子核一般也有磁矩。原子中電子繞核的軌道運動相當於一個環形電流，相應地有軌道磁矩μe;電子本身還具有自旋運動，相應地具有自旋磁矩μs，原子磁矩則等於原子核磁矩和原子中各電子磁矩的總和，但原子核磁矩很小，要比電子磁矩小三個數量級，因此可以認為原子磁矩等於原子中各電子軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和。無論是電子軌道磁矩、自旋磁矩，還是原子磁矩都是量子化的。不僅如此，它們沿空間任一方向Z (例如外磁場方向)的投影也都是量子化的。

近代物理理論和實驗還證明，質子、中子和其他微觀粒子也都有磁矩。熟悉微觀粒子磁矩在研究粒子、原子核、原子和分子物理學，以及光譜、磁共振等近代實驗技術方面都有著重要意義。

通常說的條形磁鐵的磁矩等於磁鐵兩磁極間的距離和一個磁極強度的乘積。它也是一個矢量，方向規定為沿著兩磁極的連線，自南極指向北極。

自旋磁矩

自旋是基本粒子或原子核的固有角動量，它與軌道角動量不同，即使粒子處於靜止時也存在。任何粒子的自旋在空間中的方向也不是任意的，它在空間一個確定方向(如磁場方向)上的投影，必須是h/2π(h為普朗克常數)的整數或半整數倍。

水和空氣在穩定狀態下，由於地磁場的同極磁化作用，分子的自旋磁矩不能夠衝破首尾相連的分子鏈。穩定狀態或直線運動狀態一旦破壞，分子鏈蕩然無存。

水和空氣在穩定狀態下，由於地磁場的同極磁化作用，分子的自旋磁矩不能夠衝破首尾相連的分子鏈。穩定狀態或直線運動狀態一旦破壞，分子鏈蕩然無存。

根據能量守恆與物質不滅原則，旋風和颱風並不是無緣無故的正常維持，它即有內因又有外因，內因是斥磁性物質分子內部電子軌跡不閉合，近似的電流環每旋轉一周，電流環近似平面與地磁場方向垂直一次，切割一次地磁場磁力線，產生分子的自旋磁矩，這即是分子的自旋電動勢。外因是有初始旋轉速度和初始能量，依靠分子的自旋電動勢，切割磁力線，消耗磁場物質產生能量並輸出能量，維持颱風或旋風的正常旋轉。

實際上，斥磁性物質就如同一台上滿發條的擺鐘，要想使其走動，只需輕輕一推，擺鐘即可正常走動，超擺越大，直到幅度最大為止。有學者認為人造颱風只需將旋轉風的風力加強到十級或略高，即可自動加強到最大風力，形成颱風。

計算參數

朗德因子

原子或電子對時間平均的總有效磁矩μ_j對其總角動量J的比例係數，用 g表示，無量綱。是朗德為解釋譜線的反常分裂而引入的，故稱朗德劈裂因子，簡稱朗德因子，又稱g因子。

內量子數

內量子數，是由於軌道運動與自旋運動的相互作用即軌道磁矩與自旋磁矩的相互影響而得出的，它是原子中各個價電子組合得到的總角量子數L與總自旋量子數S的矢量和，即J=L+S。

J的求法為J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），……，|L-S|。若L≥S，則J值從J=L+S到L-S，可有（2S+1）個值。若L<S，則J值從J=S+L到S-L可有（2L+1）個值。

玻爾磁子

玻爾磁子或稱玻爾磁元，以物理學家尼爾斯·玻爾為名，是根據量子力學理論所得，與電子相關的磁矩基本單位，是一項常數。其用在電子軌域角動量及自旋角動量相關磁性的表示。

電磁學常用的單位有兩種，一種是國際標準公制，另一種則是高斯制。因此，玻爾磁子的定義也有兩種不同的定義。

在國際標準公制下，其定義為：

而在高斯制下，其定義為：

其中e為電子電荷，為約化普朗克常數，為電子質量，而c則為光速。

在國際標準公制下，玻爾磁子的值為：

= 9.274 009 49(80) × 10^-24 J·T-1

在高斯制下，玻爾磁子的值為：

μ_B = 9.274 009 49(80) × 10^-21 erg·G-1

電子磁矩的自然單位。在原子中，處於某一狀態的電子，由於其軌道運動而具有軌道磁矩，電子軌道磁矩在外磁場方向上投影的值是：

公式

式中ml為電子的軌道磁量子數，，e分別是電子的質量和電荷的絕對值，

公式

公式

公式

為普朗克常數量作為電子固有磁矩的自然單位，稱為玻爾磁子，用B表示。玻爾磁子還可以作為電子自旋磁矩的單位。電子自旋磁矩在外磁場方向投影的取值是B，其中ms=±1/2是電子自旋磁量子數，gs是電子自旋g因子，gs≈2。

質子和中子也具有磁矩，它們是原子核磁矩的來源。核磁矩通常以核磁子N為單位式中mp 為質子的質量，核磁子的數值約為玻爾磁子的1/1836，實際核磁子值：

N=(5.050824±0.000020)×10^-27J/T。

因為核磁矩比電子磁矩小得多，所以原子磁矩主要由電子磁矩組成。玻爾磁子也可作為原子磁矩的單位。