定義
在原子中,電子因繞原子核運動而具有軌道磁矩;電子還因自鏇具有自鏇磁矩;原子核、質子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自鏇磁矩。這些對研究原子能級的精細結構,磁場中的塞曼效應以及磁共振等有重要意義,也表明各種基本粒子具有複雜的結構。
分子的磁矩就是電子軌道磁矩以及電子和核的自鏇磁矩構成的(μ=μs+μl=gsps+glpl),磁介質的磁化就是外磁場對分子磁矩作用的結果。
粒子的內稟屬性。每種粒子都有確定的內稟磁矩。自鏇為s的點粒子的磁矩μ由μ=g(e/2m)p給出,式中e和m分別是該粒子的電荷和質量,g是一個數值因子,p為自鏇角動量。自鏇為零的粒子磁矩為零。自鏇為1/2的粒子,g=2;自鏇為1的粒子,g=1;自鏇為3/2的粒子,g=2/3。理論上普遍給出g=1/s。
粒子磁矩可通過實驗測定。但實驗測定結果並不與此相符,其間差別稱為反常磁矩。對於自鏇均為1/2的電子、μ子、質子和中子,精確測定其g因子分別為
電子 g/2=1.001159652193(10)
μ子 g/2=1.001165923(8)
質子 g/2=2.792847386(63)
中子 g/2=-1.91304275(45)
粒子反常磁矩的來源有二:一是量子電動力學的輻射修正,電
子、μ子屬於這種情形,即使是點粒子,粒子產生的電磁場對其自身的作用導致自鏇磁矩的微小變化,這一改變可以嚴格地用量子電動力學精確計算,結果與實驗測定符合得很好;另一是由於粒子有內部結構和強相互作用的影響,質子和中子屬於這種情形,質子和中子的反常磁矩用於分析其內部結構。
載流迴路中的磁場
在一個載流迴路中,磁偶極矩是電流乘於迴路面積:u=I*a;
其中,u為磁偶極矩,I為電流,a為面積。面積的方向則為右手定則所決定的方向。
載流迴路在磁場中的力矩τ和能量U,與磁偶極矩的關係為:
U=T·B
其中,B為磁感應強度。
磁矩簡介
描述電流線圈的磁性質以及微觀粒子物理性質的物理量。
電流的磁矩
圓形電流圈的磁矩為 m =iSn,式中i為電流強度,S為電流圈的面積,n為與i成右手螺鏇的單位矢量。如圖所示任意形式的平面閉合電路的磁矩也可寫為電流強度與面積的乘積。
磁矩電與磁有許多相似之處。一個小電流圈可以看成正負磁極組成的磁偶極子,它在遠區激發的磁場和在外磁場中的行為同電偶極子在遠區激發的電場和在外電場中的行為類似。磁矩M在遠區的磁場,同電矩p在遠區的電場類似,
,
式中μo為真空磁導率,r為磁矩到場點的位矢。磁矩M在外磁場B中受的力F和力矩L同電偶極子在外電場的情況類似,分別為 F=墷(m ·B),L=m ×B。
與電多極矩類似,也存在磁多極矩,其級次以2 (l=1,2,3,…)表之,l=1,即上述的磁偶極矩,l=2為磁四極矩。這些在電磁輻射中有廣泛套用。
各類磁矩
載流迴路磁矩
在一個載流迴路中,磁矩大小是電流乘以迴路面積:u=I*S;
其中,u為磁矩,I 為電流,S 為面積。
磁矩方向則為電流繞行方向右手定則所決定的方向。
載流迴路在磁場中所受力矩M與磁矩的關係為:
M=u×B 其中,B 為磁感應強度。
基本粒子磁矩
許多基本粒子(例如電子)都有內稟磁矩,這種磁矩和經典物理的磁矩不同,必須使用量子力學來解釋它,
和粒子的自鏇有關。而這種內稟磁矩即是許多在巨觀之下磁力的來源,許多的物理現象也和此有關。這些內稟磁矩是量子化的,也就是它有最小的基本單位,常常稱為“磁子”(magneton)或磁元,例如電子自鏇磁矩的矢量絕對值即和玻爾磁子成比例關係:
其中為電子自鏇磁矩,電子自鏇g因子gs是一項比例常數,μB為玻爾磁子,s為電子的自鏇角動量。