[科普中国]-分子磁矩

概念

分子磁矩是指分子中的电子自旋磁矩与电子轨道磁矩的总和。它是物质的微观性质，其值为：， 式中g为朗德因子，J为内量子数，μ0为玻尔磁子。分子的磁矩在磁场中顺着磁场的方向转向，故使物质表现顺磁性，但无论分子是否具有永久磁矩，在磁场中都要产生一与磁场方向相反的诱导磁矩，故使物质表现反磁性。

磁矩描述载流线圈磁性质及微观粒子物理性质的物理量。载有电流I、面积为S的平面线圈的磁矩m定义为：

式中，n为沿平面线圈法线方向的单位矢量，其指向与电流I环绕方向间成右螺旋关系，磁矩为m的载流小线圈在磁感应强度为B的磁场中受到的磁力F、磁力矩L分别为：

磁矩为m的载流小线圈所产生的磁场的磁感应强度B在远处可表示为：

式中r为磁矩到场点的位矢；μ0为真空中的磁导率。

通常讲磁矩都是指上面定义的磁偶极矩，此外尚有磁多极矩，其极次以2(l=1，2，…)表示。l=1时，即为上述磁偶极矩;l=2时，即为磁四极矩等。磁多极矩概念用于电磁辐射理论中。

近代物理理论和实验研究表明，电子有磁矩，原子和原子核一般也有磁矩。原子中电子绕核的轨道运动相当于一个环形电流，相应地有轨道磁矩μe;电子本身还具有自旋运动，相应地具有自旋磁矩μs，原子磁矩则等于原子核磁矩和原子中各电子磁矩的总和，但原子核磁矩很小，要比电子磁矩小三个数量级，因此可以认为原子磁矩等于原子中各电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。无论是电子轨道磁矩、自旋磁矩，还是原子磁矩都是量子化的。不仅如此，它们沿空间任一方向Z (例如外磁场方向)的投影也都是量子化的。

近代物理理论和实验还证明，质子、中子和其他微观粒子也都有磁矩。熟悉微观粒子磁矩在研究粒子、原子核、原子和分子物理学，以及光谱、磁共振等近代实验技术方面都有着重要意义。

通常说的条形磁铁的磁矩等于磁铁两磁极间的距离和一个磁极强度的乘积。它也是一个矢量，方向规定为沿着两磁极的连线，自南极指向北极。

自旋磁矩自旋是基本粒子或原子核的固有角动量，它与轨道角动量不同，即使粒子处于静止时也存在。任何粒子的自旋在空间中的方向也不是任意的，它在空间一个确定方向(如磁场方向)上的投影，必须是h/2π(h为普朗克常数)的整数或半整数倍。

水和空气在稳定状态下，由于地磁场的同极磁化作用，分子的自旋磁矩不能够冲破首尾相连的分子链。稳定状态或直线运动状态一旦破坏，分子链荡然无存。

水和空气在稳定状态下，由于地磁场的同极磁化作用，分子的自旋磁矩不能够冲破首尾相连的分子链。稳定状态或直线运动状态一旦破坏，分子链荡然无存。

根据能量守恒与物质不灭原则，旋风和台风并不是无缘无故的正常维持，它即有内因又有外因，内因是斥磁性物质分子内部电子轨迹不闭合，近似的电流环每旋转一周，电流环近似平面与地磁场方向垂直一次，切割一次地磁场磁力线，产生分子的自旋磁矩，这即是分子的自旋电动势。外因是有初始旋转速度和初始能量，依靠分子的自旋电动势，切割磁力线，消耗磁场物质产生能量并输出能量，维持台风或旋风的正常旋转。2

实际上，斥磁性物质就如同一台上满发条的摆钟，要想使其走动，只需轻轻一推，摆钟即可正常走动，超摆越大，直到幅度最大为止。有学者认为人造台风只需将旋转风的风力加强到十级或略高，即可自动加强到最大风力，形成台风。

计算参数朗德因子原子或电子对时间平均的总有效磁矩μj对其总角动量J的比例系数，用 g表示，无量纲。是朗德为解释谱线的反常分裂而引入的，故称朗德劈裂因子，简称朗德因子，又称g因子。3

内量子数内量子数，是由于轨道运动与自旋运动的相互作用即轨道磁矩与自旋磁矩的相互影响而得出的，它是原子中各个价电子组合得到的总角量子数L与总自旋量子数S的矢量和，即J=L+S。

J的求法为J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），……，|L-S|。若L≥S，则J值从J=L+S到L-S，可有（2S+1）个值。若L