磁気モーメントとは?
磁気の強さと方向の特性を使用した (磁石による) 磁場の生成は、磁気モーメントと呼ばれます。磁石内の磁気モーメントは、その N 極を指します。磁気モーメントの SI 単位はアンペア平方メートル (Am²) です。これらは、電流×面積またはエネルギー/磁束密度と同じ次元です。
磁力計は、あらゆる磁性体の磁気モーメントを測定します。実効磁気モーメントは温度や外部磁場強度に依存しないため、通常の磁気モーメントよりも測定が便利です。この磁気モーメントの学習資料は、例を通して概念を単純化することを目的としています。
数学的に言えば、電流ループの磁気モーメントは、矩形ループの面積とループを流れる電流の積として計算できます。式は次のとおりです。
m =IA
ここで、A は矩形ループの面積と同じ大きさのベクトル量です。ただし、その方向は右手の親指の法則を使用して与えられます。磁場内に配置された通電コイルにかかるトルクは、磁場と磁気モーメントのベクトル積によって与えられます。
τ =m×B
磁気モーメントの方程式
- 磁気モーメントの式は
m =IA
- 磁気双極子モーメントのトルクは
τ =m×B
ここで、B は磁場です。
- 位置エネルギーは U(θ)=– m×B で表されます
磁気モーメントの種類
<オール>電子磁気モーメント
スピンと電荷の固有の性質が電子の磁気モーメントを引き起こします。これを電子磁気モーメントと呼びます。電子の m の値は -9.284764×10-24 J/T です。
磁気双極子
磁極の強さが同じである 2 つの異なる磁極が非常に短い距離で隔てられている場合、その配置は磁気双極子と呼ばれます。それらは、体の角運動量に関連付けられています。
磁気双極子に作用するトルク:mB sinθ
磁気双極子モーメント
極間の合計距離と極強度を掛けると、単位がジュール/テスラの磁気双極子モーメントが得られます。
電流ループの磁気双極子モーメント
面積 A の電流 I を運ぶ電流ループの磁気双極子モーメントは、m の大きさとして与えられます。 =IA
磁気双極子としての原子の振る舞い
閉じた軌道では、原子内の電子が原子核の周りを回転します。電子は荷電粒子であるため、原子核の周りの軌道は電流ループに相当します。電流は時計回りに回転しますが、電子は反時計回りに回転します。この電子の移動により、N 極と S 極が作成され、その結果、原子は磁気双極子として動作します。
透磁性材料
素材の透過性に基づいて、次のサブカテゴリに分類されます。
-
反磁性
反磁性を有する材料の比透磁率は 1 よりわずかに小さいため、反磁性を有する材料内部の磁束密度が低下します。これらの材料は、外部磁場で弱く反発する傾向があります。
例:ビスマス、銅、金、アンチモン、銀、鉛、シリコン、水銀
-
常磁性
常磁性を持つ物質は比透磁率が 1 よりわずかに大きく、これが常磁性物質が外部磁場と接触したときに磁場の方向に弱い磁性を示す理由です。
すべての常磁性原子には、永久磁気双極子モーメントがあります。これは、常磁性スピンを持つ原子内の電子が磁気モーメントを配向する傾向があるためです。ただし、原子の周りに熱運動がある場合、電子のスピンによるこれらの磁気配向もランダムになる可能性があります。熱エネルギーの配向がランダムであるため、これらの材料は正味の磁気モーメントがゼロです。
例:プラチナ、カルシウム、リチウム、タングステン、アルミニウム
強磁性
強磁性は、外殻の不対電子と隣接原子の双極子間の相互作用に起因する原子の永久双極子の整列によって引き起こされます。たとえば、鉄やコバルトなどの強磁性体の最外殻には電子が含まれていますが、極限に近い内殻はまだ空です。その結果、強誘電体材料は、その電子構造に起因する巨大なスピン磁気モーメントを持ち、原子の固体双極子モーメントにつながります。
磁気モーメントの計算
半径 R と長さ l の電流搬送円形ループの磁気モーメントを計算する場合:
B=µ0iR²/2(R² + l²)
回転する電子の磁気モーメントを計算するには:
これは、軌道とスピンの磁気モーメントのベクトル和です。
B =neh/ 4πm
ここでnは自然数です
h はプランク定数です。
e:電子の電荷
m =電子の質量
説明:
原子の磁気モーメントは次の式で与えられます:
B =½ eωr²
e:電子の電荷
ω:電子の角速度
r:半径
結論
磁気モーメントに関するこの記事では、磁気モーメントの種類、計算、バリエーションなど、磁気モーメントに関連する重要なトピックについて説明します。磁気モーメントに関する研究資料とメモは上記のとおりです。
ここでは、磁気モーメントを、物体が外部磁場と相互作用する傾向を測定する要因として定義します。その方向は、右手の親指の法則を適用することによって検出されます。電荷とスピン角運動量を動かすと、磁気モーメントが発生します。磁気モーメントには、常磁性、反磁性、強磁性の 3 つのタイプがあります。これについては、上記で詳しく説明しています。
