основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Источником магнетизма, согласно классической теории электромагнитных явлений, являются электрические макро- и микротоки. Элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток. Из опыта и классической теории электромагнитного поля следует, что магнитные действия замкнутого тока (контура с током) определены, если известно произведение (
М) силы тока
i на площадь контура σ (
М =
i σ
/c в СГС системе единиц (См.
СГС система единиц),
с -
скорость света). Вектор
М и есть, по определению, М. м. Его можно записать и в иной форме:
М =
m l, где
m - эквивалентный
Магнитный заряд контура, а
l - расстояние между "зарядами" противоположных знаков (+ и
-).
М. м. обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. М. м. элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента -
Спина
. М. м. ядер складываются из собственных (спиновых) М. м. образующих эти ядра протонов и нейтронов, а также М. м., связанных с их орбитальным движением внутри ядра. М. м. электронных оболочек атомов и молекул складываются из спиновых и орбитальных М. м. электронов. Спиновый
магнитный момент электрона m
сп может иметь две равные и противоположно направленные проекции на направление внешнего магнитного поля
Н. Абсолютная величина проекции
где μ
в= (9,274096 ±0,000065)·10
-21эрг/гс - Бора магнетон,
, где
h -
Планка постоянная, е и
me - заряд и масса электрона,
с - скорость света;
SH - проекция спинового механического момента на направление поля
H. Абсолютная величина спинового М. м.
где
s =
1/
2 - спиновое квантовое число (См.
Квантовые числа)
. Отношение спинового М. м. к механическому моменту (спину)
,
так как спин
.
Исследования атомных спектров показали, что m
Нсп фактически равно не m
в, а m
в (1 + 0,0116). Это обусловлено действием на электрон так называемых нулевых колебаний электромагнитного поля (см.
Квантовая электродинамика,
Радиационные поправки)
.
Орбитальный М. м. электрона m
орб связан с механическим орбитальным моментом
орб соотношением
gopб = |m
орб| / |
орб| = |
e|/2
mec, то есть
Магнитомеханическое отношение gopб в два раза меньше, чем
gcп. Квантовая механика допускает лишь дискретный ряд возможных проекций m
орб на направление внешнего поля (так называемое
Квантование пространственное): m
Норб = m
lm
в, где m
l -
магнитное квантовое число, принимающее 2
l + 1 значений (0, ±1, ±2,..., ±
l, где
l -
орбитальное квантовое число). В многоэлектронных атомах орбитальный и спиновый М. м. определяются квантовыми числами
L и
S суммарного орбитального и спинового моментов. Сложение этих моментов проводится по правилам пространственного квантования. В силу неравенства магнитомеханических отношений для спина электрона и его орбитального движения (
gcп ¹
gopб) результирующий М. м. оболочки атома не будет параллелен или антипараллелен её результирующему механическому моменту
J.
Поэтому часто рассматривают слагающую полного М. м. на направление вектора
J, равную
где gJ - магнитомеханическое отношение электронной оболочки, J - полное угловое квантовое число.
М. м. протона, спин которого равен
должен был бы по аналогии с электроном равняться
,
где
Mp - масса протона, которая в 1836,5 раз больше
me, m
яд - ядерный магнетон, равный 1/1836,5m
в. У нейтрона же М. м. должен был бы отсутствовать, поскольку он лишён заряда. Однако опыт показал, что М. м. протона m
p = 2,7927m
яд, а нейтрона m
n = -1,91315m
яд. Это обусловлено наличием мезонных полей около нуклонов, определяющих их специфические ядерные взаимодействия (см.
Ядерные силы,
Мезоны) и влияющих на их электромагнитные свойства. Суммарные М. м. сложных атомных ядер не являются кратными m
яд или m
p и m
n. Таким образом, М. м. ядра калия
равен -1,29 m
яд. Причиной этой неаддитивности является влияние ядерных сил, действующих между образующими ядро нуклонами. М. м. атома в целом равен векторной сумме М. м. электронной оболочки и атомного ядра.
Для характеристики магнитного состояния макроскопических тел вычисляется среднее значение результирующего М. м. всех образующих тело микрочастиц. Отнесённый к единице объёма тела М. м. называется намагниченностью. Для макротел, особенно в случае тел с атомным магнитным упорядочением (ферро-, ферри- и антиферромагнетики), вводят понятие средних атомных М. м. как среднего значения М. м., приходящегося на один атом (ион) - носитель М. м. в теле. В веществах с магнитным порядком эти средние атомные М. м. получаются как частное от деления самопроизвольной намагниченности ферромагнитных тел или магнитных подрешёток в ферри- и антиферромагнетиках (при абсолютном нуле температуры) на число атомов - носителей М. м. в единице объёма. Обычно эти средние атомные М. м. отличаются от М. м. изолированных атомов; их значения в магнетонах Бора m
в оказываются дробными (например, в переходных d-металлах Fe, Со и Ni соответственно 2,218 m
в, 1,715 m
в и 0,604 m
в) Это различие обусловлено изменением движения d-электронов (носителей М. м.) в кристалле по сравнению с движением в изолированных атомах. В случае редкоземельных металлов (лантанидов), а также неметаллических ферро- или ферримагнитных соединений (например, ферриты) недостроенные d- или f-слои электронной оболочки (основные атомные носители М. м.) соседних ионов в кристалле перекрываются слабо, поэтому заметной коллективизации этих слоев (как в d-металлах) нет и М. м. таких тел изменяются мало по сравнению с изолированными атомами. Непосредственное опытное определение М. м. на атомах в кристалле стало возможным в результате применения методов магнитной нейтронографии, радиоспектроскопии (ЯМР, ЭПР, ФМР и т.п.) и Мёссбауэра эффекта. Для парамагнетиков также можно ввести понятие среднего атомного М. м., который определяется через найденную на опыте постоянную Кюри, входящую в выражение для
Кюри закона или
Кюри - Вейса закона (см.
Парамагнетизм).
Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 8 изд., М., 1966; Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М., Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973.
С. В. Вонсовский.