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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 » 为什么磁铁在旋转的时候，磁场会跟着转？
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jugengfans

金虫 (正式写手)

[交流] 为什么磁铁在旋转的时候，磁场会跟着转？ 已有9人参与

磁场是电子自旋形成的。自旋没有确定的方向，但是大量自旋的合作用是形成一个确定方向的磁场。问题是，在磁铁旋转的时候，为什么这个磁场（电子自旋）会跟着转？是ls耦合的原因吗？单个磁性分子转动，spin也会跟着转吗？不是说改变电子的自旋是很困难的吗。那么一开始处于stern 格拉赫实验中的spin up电子是如何变成spin down的？

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1楼 2015-05-29 10:03:38
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

ygEric

金虫 (著名写手)
★
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引用回帖:
13楼: Originally posted by rotating_top at 2015-05-30 20:25:18
你走的时候，你的影子不会跟着你一起走吗？

这个回答才是正确的。

首先要区分宏观磁场与微观磁场。磁铁在外面表现的是宏观磁场，其微观起源是内部未配对电子的自旋由于交换作用而取向一致从而形成磁畴，磁畴原来的方向也是杂乱的，经过外磁场磁化后磁畴取向一致，外磁场褪去后，磁畴的方向依然保持一致，这样磁铁就具有了宏观磁场。磁畴的方向相对磁铁本身是固定的，除非用外磁场改变。所以转动磁铁，磁场方向跟着动，跟人的影子一样。

再次，要区分磁场的经典描述与量子描述。经典认为磁场由分子电流或磁荷产生，量子认为磁场是轨道磁矩和自旋磁矩共同贡献的，但自旋占主导地位。

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14楼2015-05-30 20:58:24
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pippi6

铁杆木虫 (著名写手)

工程和科学数值计算咨询
★
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磁铁之所以能产生是由于磁铁内部的束缚电流产生的集体效应（电流产生磁场，Ampere‘s law）。束缚电流的机制主要不是电子自旋，而是电子绕原子核的运动，称为分子电流。但是，这些束缚电流相对磁铁的几何位置是固定的，如果磁铁旋转，那么这些束缚电流也就跟着旋转。当然，由束缚电流产生的磁场也就跟着旋转。
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8楼2015-05-29 22:16:27
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jerryxinjie

禁虫 (正式写手)
★
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本帖内容被屏蔽
11楼2015-05-30 00:11:55
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hahaha77

木虫 (初入文坛)
★
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物质磁性由电子轨道运动给出，与自旋无关，但是你说的单个分子，在空间运动时，其自旋态也会变化，具体用wigner-D矩阵转动过去即可，s-g实验中，spin up 变成spin down 可以通过外加缓变的匀强磁场，将磁场方向转动180度来实现，
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独立之精神，自由之思想
10楼2015-05-29 22:54:00
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普通回帖

nateymj

新虫 (小有名气)
★
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谁告诉你磁场是电子自旋产生的？

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2楼2015-05-29 10:27:10
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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
2楼: Originally posted by nateymj at 2015-05-29 10:27:10
谁告诉你磁场是电子自旋产生的？

。。。望赐教。对于凝聚态，物质的磁性主要由轨道磁矩和自旋磁矩提供。具体来说是未上下配对的电子。
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3楼2015-05-29 12:32:30
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nateymj

新虫 (小有名气)
★
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引用回帖:
3楼: Originally posted by jugengfans at 2015-05-29 12:32:30
。。。望赐教。对于凝聚态，物质的磁性主要由轨道磁矩和自旋磁矩提供。具体来说是未上下配对的电子。...

由电动力学理论，磁场是来源与电荷的运动，跟你说的电子轨道角动量对应上了！跟电子自身的自旋没由直接联系。对于自由的电子，无法产生磁场，但同时它的自旋是任意取向！

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4楼2015-05-29 12:38:35
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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
4楼: Originally posted by nateymj at 2015-05-29 12:38:35
由电动力学理论，磁场是来源与电荷的运动，跟你说的电子轨道角动量对应上了！跟电子自身的自旋没由直接联系。对于自由的电子，无法产生磁场，但同时它的自旋是任意取向！
...

看来我的物理图像是错误的。如果把电子看成磁铁，那么它应该也可以产生磁场。但是其实它对总磁场没有任何贡献。也就是说，磁场的强度只跟轨道角动量有关。

看来＝＝ 也许我的物理图像错了。我把自旋想象成磁铁，平行排列提供一个磁场。看来不是这么回事。 记得书上说原子的磁矩主要由电子提供，轨道磁矩只是电子自旋磁矩的1－10％，就想当然的以为，电子提供的磁场强，而轨道提供的磁场弱。而其实，电子自旋并不提供任何磁场。

你说的意思，其实就是磁场是磁场，磁矩是磁矩，是这个意思吧。
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5楼2015-05-29 12:52:48
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nateymj

新虫 (小有名气)
引用回帖:
5楼: Originally posted by jugengfans at 2015-05-29 12:52:48
看来我的物理图像是错误的。如果把电子看成磁铁，那么它应该也可以产生磁场。但是其实它对总磁场没有任何贡献。也就是说，磁场的强度只跟轨道角动量有关。

看来＝＝ 也许我的物理图像错了。我把自旋想象成磁铁， ...

差不多就这意思

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6楼2015-05-29 13:46:56
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oos_good

新虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
只想知道：磁铁在旋转的时候，磁场会跟着转，你怎么知道的，你在多大的时间尺度上讨论。
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7楼2015-05-29 21:09:27
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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
8楼: Originally posted by pippi6 at 2015-05-29 22:16:27
磁铁之所以能产生是由于磁铁内部的束缚电流产生的集体效应（电流产生磁场，Ampere‘s law）。束缚电流的机制主要不是电子自旋，而是电子绕原子核的运动，称为分子电流。但是，这些束缚电流相对磁铁的几何位置是固定 ...

谢谢，j应该是这样。束缚电流就是轨道磁矩除以轨道面积。轨道转动的原动力应该是静电力吧。原子核运动到新位置，原位置的电子受到的外电场变化，所以会重新运动到平衡位置。
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9楼2015-05-29 22:26:06
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