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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 凝聚态物理 » 【求助】关于磁矩和古埃天平测物质磁化率的问题，求教
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coki2008xmu

金虫 (正式写手)

[交流] 【求助】关于磁矩和古埃天平测物质磁化率的问题，求教

分子磁矩中电子轨道磁矩和电子自旋磁矩以及核磁矩哪个对分子总磁矩贡献最大？
古埃天平测磁化率实验中的力F是什么力？来源？如何产生的？
谢谢！

[ Last edited by coki2008xmu on 2009-3-8 at 19:11 ]
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1楼 2009-03-06 22:38:15
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yzcluster

金虫 (著名写手)

小木虫扫盲人
★ ★ ★
zt970831(金币+3,VIP+0):感谢您的交流，欢迎常来物理版：） 3-6 22:54
首先，核磁矩与电子的自旋或是轨道磁矩不是一个数量级的。考虑到波尔磁子的表达式eh/4pi*m，由于核子的质量是电子的质量的一千倍，所以描述核子的磁矩单位是电子的千分之一，在一般情况下核磁矩可以忽略不计。
对于小尺寸的分子或是团簇，电子的轨道磁矩和自旋磁矩都比较重要。但是对于大分子，自旋磁矩更重要。
对于试验，嗯，我不清楚。

[ Last edited by yzcluster on 2009-3-6 at 22:55 ]
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2楼2009-03-06 22:53:28
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coki2008xmu

金虫 (正式写手)
如果自旋磁矩是电子内禀磁矩，和波尔磁子成线性关系，那么电子的轨道磁矩怎样理解。为何大分子自旋磁矩更重要？有相关参考书做详细解的吗？
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3楼2009-03-10 18:32:42
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yzcluster

金虫 (著名写手)

小木虫扫盲人
★
dawnlight(金币+1,VIP+0):3x 3-12 13:18
我可以给你举两个“极端”的例子。
小的“分子”，其实原子就是分子的下线。以碳原子为例，我们知道C的核外排布为2s2sp2，由于p轨道未满，因此两个电子是自旋平行排列的，应该具有2个波尔磁子的磁矩。然而自由基态碳原子是没有磁矩的，原因就是根据洪特定则，总的角动量量子数L=J-S为0，说明轨道和自旋磁矩被抵消了。这就说明在原子中两中磁矩贡献是相当的，而且结论对小尺寸分子也有效。
另一个极端，大的“分子”，比如周期的固体。很显然在很多铁组材料中，由于晶体场的原因而发生的轨道磁矩淬灭，体系的磁矩基本上完全有自旋来提供。其实，比如说，对于金属的巡游电子的磁性理论中，著名的Stoner模型就是将HUBBARD哈密顿量做平均场近似（也就是HFA），不过考虑到Stoner模型的缺陷，可以进一步采用无规项近似(RPA)，这样可以求出金属体系的自旋波的激发。不过这是另外的问题，就不进一步讨论了。打字太累。
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4楼2009-03-10 19:28:58
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coki2008xmu

金虫 (正式写手)
原因就是根据洪特定则，总的角动量量子数L=J-S为0
??????
量子数可以直接加和？

但古埃天平力的起源？！

[ Last edited by coki2008xmu on 2009-3-10 at 23:53 ]
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5楼2009-03-10 23:50:05
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yzcluster

金虫 (著名写手)

小木虫扫盲人
★ ★
dawnlight(金币+2,VIP+0):3x 3-12 13:18
是否我没说清楚？利用洪特规则只是为了说明对于C原子这个典型例子，它的总磁矩为0，两种磁矩相同。当然，虽然洪特规则对基态小尺寸分子，团簇也适用，但是不能直接说明轨道磁矩和自旋磁矩的关系。因为小分子中的轨道是用体系对应点群的不可约表示来标识的，与原子轨道可以用轨道角动量L标识不同，分子轨道是原子轨道的线性叠加。
另外，至于角动量量子数是否可以相加或是相减，你可以再复习一下量子化学或是初等量子力学的角动量耦合部分。
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6楼2009-03-11 07:14:46
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coki2008xmu

金虫 (正式写手)
★
dawnlight(金币+1,VIP+0):3x 3-12 13:18
自旋角动量量子数为何定为1/2？
对于碳原子的问题，对于氧分子O2我们知道其分子轨道有两个自旋平行的电子，所以氧分子具有顺磁性，而且据教科书所载已被实验证实，那么说在这个例子里，氧分子的轨道自旋磁矩可以忽略不计？

[ Last edited by coki2008xmu on 2009-3-12 at 13:00 ]
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7楼2009-03-12 12:56:31
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yzcluster

金虫 (著名写手)

小木虫扫盲人
★
dawnlight(金币+1,VIP+0):3x 3-12 15:40
在初等量子力学中，自旋量子数为1/2是由实验引入，其对易关系也是类比于轨道角动量得到的。对于自旋的合理解释，是在相对论量子力学的狄拉克方程中出现的。
O2分子具有固有磁矩，而且磁矩是由其HOMO上两个未成对电子提供的。这说明在该分子中自旋磁矩是重要的。但是，O2分子可以算是一个特例，很显然，对于物理或是化学的体系不会向数学定理那样有严格的论证，有时会有例外。这往往也是自然科学的有趣之处，不是吗？另外，我目前没有见到过O2分子的总磁矩的数值，很难说其中的轨道磁矩是否真的可以忽略不记。或许只是所占成分比较小罢了。
最后，通过这几个帖子我建议LZ有时间的话多看一些理论方面的书。做理论的就不用说了，我想即使是搞试验的把一些基本概念搞清楚还是有必要的。
好了，对于此贴就说这么多，打字太麻烦。

[ Last edited by yzcluster on 2009-3-12 at 15:55 ]
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8楼2009-03-12 15:39:28
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coki2008xmu

金虫 (正式写手)
多谢你的解释。
但还是有个问题，关于物质磁性产生磁力的解释。对于一块磁铁来说，是怎样对磁性金属产生磁力的？能否从原子层面解释一下？
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9楼2009-03-13 22:37:17
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coki2008xmu

金虫 (正式写手)
zt970831(金币+3,VIP+0):感谢您的交流，欢迎常来物理版：） 3-6 22:54

首先，核磁矩与电子的自旋或是轨道磁矩不是一个数量级的。考虑到波尔磁子的表达式eh/4pi*m，由于核子的质量是电子的质量的一千倍，所以描述核子的磁矩单位是电子的千分之一，在一般情况下核磁矩可以忽略不计。
对于小尺寸的分子或是团簇，电子的轨道磁矩和自旋磁矩都比较重要。但是对于大分子，自旋磁矩更重要。
对于试验，嗯，我不清楚



谢谢，但是波尔磁子的表达式eh/4pi*m中的m是电子质量，求解过程普物中有。这和原子核自旋似乎无关，而且指的是电子轨道自旋，对于电子自旋还要加上g因子，似乎要差上两倍。
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10楼2009-03-20 00:07:44
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