V tomto článku se ponoříme do tématu Magnetický moment, relevantního aspektu, který vyvolal zájem v různých oblastech společnosti. Magnetický moment je téma, které vyvolalo debaty a úvahy v různých kontextech, protože jeho dopad a vliv se vztahuje na každou část našeho každodenního života. V tomto směru budeme analyzovat různé aspekty související s Magnetický moment, od jeho původu a historie až po jeho dnešní význam. Kromě toho prozkoumáme jeho možné důsledky a důsledky, stejně jako různé postoje a názory na věc. Magnetický moment je bezpochyby téma, které nenechává nikoho lhostejným a které si zaslouží být řešeno ze široké a kritické perspektivy.
Magnetický moment je vektorová fyzikální veličina charakterizující magnetické vlastnosti zdrojů magnetického pole dipólového charakteru – elementárních částic, atomů, zmagnetovaných těles, ale i soustav vodičů tvořících smyčku protékanou elektrickým proudem.
Velikost magnetického momentu se rovná podílu maximálního momentu dvojice sil (točivého momentu) působícího v homogenním magnetickém poli na objekt s magnetickým momentem a magnetické indukce nebo intenzity tohoto pole. Podle toho se rozlišují i dvě podobné veličiny charakterizující magnetický moment – magnetický plošný (Ampérův) moment a magnetický dipólový (Coulombův) moment.[pozn. 1]
Magnetický plošný moment, též Ampérův magnetický moment či zastarale elektromagnetický moment je vektorová veličina, jejíž vektorový součin s magnetickou indukcí homogenního magnetického pole se rovná momentu dvojice sil (točivému momentu) působícímu v poli na objekt s magnetickým momentem.
Magnetický plošný moment rovinné vodivé smyčky o plošném obsahu S protékané stálým elektrickým proudem I je roven součinu plochy a proudu a orientovaný ve směru normály plochy podle Ampérova pravidla pravé ruky:
Odtud pochází i název „plošný“ moment.
Magnetický plošný moment solenoidu s N závity je pak analogicky:
Není-li smyčka rovinná, pak je potřeba integrovat přes všechny body smyčky:
V obecném případě, kdy je ustálený elektrický proud v soustavě vodičů rozložen s proudovou hustotou , je magnetický moment této soustavy roven:
Magnetizace je objemová hustota rozložení magnetického plošného momentu magnetika:
V homogenně zmagnetovaném magnetiku je dána podílem sumárního magnetického plošného momentu v daném objemu (tedy součtu magnetických momentů jednotlivých částic ) a tohoto objemu:
Magnetický dipólový moment, též Coulombův magnetický moment je vektorová veličina, jejíž vektorový součin s intenzitou magnetického pole homogenního magnetického pole se rovná momentu dvojice sil (točivému momentu) působícímu v poli na objekt s magnetickým momentem.
Magnetický dipólový moment byl dříve definován jako součin magnetického množství na jednom pólu přímého tyčového magnetu a vzdálenosti obou jeho pólů, tedy analogicky k elektrickému dipólovému momentu. Protože (později překonaný) model magnetických množství analogických elektrickému náboji pochází od Coulomba, nazývá se magnetický dipólový moment též Coulombův.
Magnetická polarizace je objemová hustota rozložení magnetického dipólového (Coulombova) momentu magnetika:
V homogenně zmagnetovaném magnetiku je dána podílem sumárního magnetického dipólového momentu v daném objemu a tohoto objemu:
Protože se u atomárních a subatomárních částic plně projevují kvantové vlastnosti mikrosvěta, je nutno magnetický moment částice, jádra či atomu definovat přesněji jako střední hodnotu složky magnetického plošného (Ampérova) momentu částice, jádra či atomu ve směru magnetického pole v kvantovém stavu s maximální hodnotou magnetického kvantového čísla.
Doporučené značení: μ, též μa (atomu), μj (jádra)
Vedle jednotky A•m² (udávané též jako J•T−1) se používá také jednotka eV•T−1 a specifické jednotky magnetického momentu odvozené ze základních fyzikálních konstant:
Bohrův magneton je přirozený jednotkový magnetický moment atomových systémů definovaný vztahem:
Jaderný magneton je přirozený jednotkový magnetický moment atomových jader definovaný vztahem:
Jednotkový magnetický moment elementární částice je definován vztahem:
Je tedy jednotkový magnetický moment elektronu (a pozitronu) roven Bohrovu magnetonu a jednotkový magnetický moment protonu (a antiprotonu) magnetonu jadernému.
Magnetický moment částice je i podle jednoduchého klasického (nekvantového) modelu přímo úměrný celkovém momentu hybnosti. Ten je v kvantovém případě dán součinem kvantového čísla jejího celkového momentu hybnosti J a (redukované) Planckovy konstanty ħ. Tato úměrnost se charakterizuje buď pomocí gyromagnetického poměru nebo (pouze u elektronu, atomu nebo u nukleonu a atomového jádra) pomocí tzv. činitele g.
Gyromagnetický poměr částice, jádra, atomu je poměr magnetického momentu a celkového momentu hybnosti.
Čintel g atomu nebo elektronu je bezrozměrný koeficient g v definičním vztahu:
Čintel g jádra nebo nukleonu je bezrozměrný koeficient v definičním vztahu:
Činitel g tak udává poměr magnetického momentu částice k jí přirozenému jednotkovému magnetickému momentu, násobený převrácenou hodnotou kvantového čísla jejího celkového momentu hybnosti. Míra odlišnosti od této převrácené hodnoty tak charakterizuje i odlišnost mechanismu generování magnetického momentu od jednoduchého kvantově mechanického modelu rotující částice a výrazná odlišnost je dobrým indikátorem skryté vnitřní struktury částice (vnitřních interakcí).