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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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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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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
10楼: Originally posted by hahaha77 at 2015-05-29 22:54:00
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 ...

谢谢，问题是这个磁场的强度大小有要求吗？以前跟某教授讨论，他说自旋方向确定后很难反向，具体原因是难在哪里呢？是磁场强度不够强还是弛豫时间不够？另外自旋会进动吗？忘赐教！
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12楼2015-05-30 20:12:57
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rotating_top

铁杆木虫 (职业作家)
★
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你走的时候，你的影子不会跟着你一起走吗？
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13楼2015-05-30 20:25:18
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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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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
14楼: Originally posted by ygEric at 2015-05-30 20:58:24
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 ...

多谢回复，有几点不太认同，望进一步探讨。

1.量子力学认为磁矩是轨道磁矩和自旋磁矩共同贡献的。但是，电子自旋磁矩并不产生磁场，磁场仅仅由电子的轨道运动生成。自旋并不产生磁场，这是量子力学的诡异之处。。

2. 转动磁铁，自旋跟着动，是因为原子的轨道是有空间取向的，当磁铁转动的时候，轨道先发生变化，而通过LS耦合，轨道磁矩的变化又传递给了电子自旋。所以电子自旋也跟着转动了。

以上是我的理解，也是综合了楼上几位虫友的看法。
如果有不妥之处，望指出。谢谢
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15楼2015-08-21 22:22:39
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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
7楼: Originally posted by oos_good at 2015-05-29 21:09:27
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。

磁铁的磁场方向变了啊。比如原来指向0点，现在就指向9点了。。 这个B是可以探测的。
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16楼2015-08-21 22:27:48
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ygEric

金虫 (著名写手)
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引用回帖:
15楼: Originally posted by jugengfans at 2015-08-21 22:22:39
多谢回复，有几点不太认同，望进一步探讨。

1.量子力学认为磁矩是轨道磁矩和自旋磁矩共同贡献的。但是，电子自旋磁矩并不产生磁场，磁场仅仅由电子的轨道运动生成。自旋并不产生磁场，这是量子力学的诡异之 ...

哪本教科书上说过电子自旋不产生（微观）磁场？

[ 发自手机版 http://muchong.com/3g ]
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17楼2015-08-21 23:45:45
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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
17楼: Originally posted by ygEric at 2015-08-21 23:45:45
哪本教科书上说过电子自旋不产生（微观）磁场？
...

磁场和磁矩是两个概念。电子是点粒子，自旋是非空间量。没有电荷在运动。那么根据maxwell方程，静止的电子无磁场。
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18楼2015-08-22 12:11:24
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卡开发发

专家顾问 (著名写手)

Ab Initio Amateur
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引用回帖:
18楼: Originally posted by jugengfans at 2015-08-22 12:11:24
磁场和磁矩是两个概念。电子是点粒子，自旋是非空间量。没有电荷在运动。那么根据maxwell方程，静止的电子无磁场。...

静止的带电粒子无磁矩，这是经典看法。别忘了QM讲自旋的时候指出的是电子具有内禀磁矩（内禀角动量），当然轨道角动量也提供一份。

还有一点，自旋的确是分为上下自旋，但是别忘了还有Sx，Sy，Sz这样的分量，空间旋转的时候到底转哪个必须整清楚。
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不一定挂在论坛，计算问题问题欢迎留言。
19楼2015-08-26 04:55:34
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jugengfans

金虫 (正式写手)
引用回帖:
19楼: Originally posted by 卡开发发 at 2015-08-26 04:55:34
静止的带电粒子无磁矩，这是经典看法。别忘了QM讲自旋的时候指出的是电子具有内禀磁矩（内禀角动量），当然轨道角动量也提供一份。

还有一点，自旋的确是分为上下自旋，但是别忘了还有Sx，Sy，Sz这样的分量，空 ...

那请教一下自由的、静止的单个电子，所产生的磁场B是多大呢。我翻了翻手头的几本书，貌似都没有提到这个问题。

在我的观念里，磁场B的产生，需要电荷的运动。电子在轨道中的运动，是在实空间中的运动，所以可能产生磁场。但电子的自旋呢？

电子不是一个带着分数电荷的，有大小的小球吧。以前教量子老师总是说，不能用经典的观念理解电子。电子有一个内秉角动量，这个角动量不是电荷运动产生的。如果假设电子是个均匀的，电荷为q的、半径为r的带电球体，那么它表面的运动速度会超过光速。无法理解，但是目前还是把它当成点粒子来处理的。无穷小，但是有一个指向。

但是您说的M又确实可以产生磁场。在磁体中，分子总磁矩的密度假如是M，它确实可以累积。最后形成一个大的"分子电流"。。

为什么单个电子的磁场没有给出，在材料中有个M，突然就冒出来了。。
当然这点我也很不理解。因为没学过量子场论。不知道这些概念对不对。欢迎最猛烈的批评。

——————————————————————————

自问自答一下，也许电子波函数里的自旋项没有空间部分，仅仅是因为这一种近似。。就像我们也可以写出一个质子的波函数，但是这个波函数不能描述质子中分数电荷的分布一样。。所以，电子自旋波函数没有空间部分，不能作为电子没有体积的证据。若是真的没有体积，也就没有周长，自然也就不会有磁矩。

那么单个静止的电子有没有磁矩？会不会产生磁场？

我们假设单个静止电子是有磁矩的，看看会有什么现象。

如果两个静止的，spinup的电子，放在相距为l的地方。如下图所示
   （-）                      （-）
    l <---------- L  --------> |
假设左边的电子在右边电子处产生的磁场为B. 则右边的电子受到磁场作用后的能量为       uB

那么，如果左边是spindown的电子，右边还是spinup，则B反向，电子能量-uB.

这两个体系的能量变的不同了。能量高的那个体系不稳定。

那么，这个不稳定体系中，会不会有其中一个电子改变自旋，并在这个过程中，以光子的形式释放2uB的能量？那只需要拉两个电子来，探测放出的光子的频率v，就可以通过E=hv=2uB来确定电子所产生的磁场强度B在空间中的分布了？

这也有点像核磁共振。。
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20楼2015-08-27 22:34:25
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