Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Спин электрона

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Что следует понимать под спином электрона.
2. У спина электрона и у постоянной Планка разные размерности.
3. Непротиворечивое определяющее уравнение для спина электрона.
4. Другие характеристики собственного вращения электрона.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Что следует понимать под спином электрона.

В современной физике имеет часто место одна колоссальная безосновательная подмена одного термина другим. Опытному физику она не мешает, недостаточно опытного может сбить с толка. Речь идет о термине "спин", которым подменяют термин "спиновое число".

Спин элементарной частицы - это собственный момент импульса частицы или ее самостоятельно вращающейся составной части. Собственный момент импульса электрона (спин электрона) является размерной векторной величиной и имеет свое обозначение: Ls , к нижнему индексу которого могут добавляться дополнительные значки.

В статье, посвященной орбитальному моменту электрона, рассматривались только орбитальные моменты электронов согласно боровской модели атома, объясняющие диамагнетизм вещества. А магнитные свойства вещества объясняются спином электрона Ls . При этом используют также собственный магнитный момент электрона рms , который называют спиновым магнитным моментом электрона.

А спиновое число - это критерий подобия, безразмерная величина, коэффициент пропорциональности между спином электрона и постоянной Планка. Но физики упорно именуют спиновое число одним словом "спин". Стремление к сокращению произносимого текста всего лишь на одно слово превалирует над необходимой точностью в терминологии.

2. У спина электрона и у постоянной Планка разные размерности.

Вектор спина электрона Ls направлен в общем случае под углом к направлению вектора напряженности магнитного поля вещества (магнитной индукции В). А модуль вектора проекции спина электрона L на направление вектора магнитной индукции В определяется по уравнению:

L = ± ħ/2 , ( 1 )

где ħ = h//2π называют редуцированной постоянной Планка (или постоянной Дирака).

В статье, посвященной числу структурных элементов (количеству считаемых величин в новой терминологии), как основной физической величине, детально разъясняется, что редуцированная постоянная Планка ħ является математической интерпретацией постоянной Планка h при применении метода векторных диаграмм и что в отличие от постоянной Планка редуцированная постоянная Планка физического содержания не имеет.

Постоянная Планка h относится к процессу излучения, то есть к периодическому процессу, и в системе величин ЭСВП ее размерность − ЕС−1Т, а единица − Дж с cnt−1, где в единицах cnt измеряется число волн излучения (обобщенное названия единицы количества считаемых величин еще находится в стадии дискуссии). Размерность же редуцированной постоянной Планка ħ в системе величин ЭСВП равна ЕА−1Т с единицей Дж с об−1, где в оборотах измеряется число полных оборотов радиус-вектора на плоскости векторной диаграммы. (В СИ размерности и единицы у h и ħ одинаковы, то есть равны Дж с, и это не помогает различить физическое содержание h и ħ.)

Собственный момент импульса электрона − это характеристика вращения электрона вокруг собственной оси. Поскольку редуцированная постоянная Планка ħ физического содержания не имеет, то появляется вопрос, какое физическое содержание имеет собственный момент импульса электрона, называемый спином. (Еще больше запутывает то обстоятельство, что физики, говоря о спине, обычно имеют в виду спиновое число J.)

С формальной точки зрения, учитывая, что постоянная Планка определяется уравнением h = ε/ν, где ε − энергия кванта излучения, ν − частота излучения, а также с учетом равенства ħ = h//2π, можно было бы записать уравнение (1) в виде:

L = ± h/4π = ε/4πν . ( 2 )

Но постоянная Планка h относится к волновой форме движения (к излучению), а собственный момент импульса электрона L − к вращению электрона вокруг собственной оси, по какой причине первая запись L в уравнении (2) не корректна. Покажем, что можно вывести другое уравнение, которое, в отличие от уравнения (2), правильно раскрывает физическое содержание спина электрона.

3. Непротиворечивое определяющее уравнение для спина электрона.

Запишем уравнение (2) в таком виде:

L = εs /4πωs , ( 3 )

где εs − энергия вращения электрона вокруг собственной оси; ωs − угловая скорость вращения электрона вокруг собственной оси. Уравнение (3) удовлетворяет правилу размерностей и отражает истинное физическое содержание спина электрона, как его собственного момента импульса.

Модуль вектора проекции спина электрона L из уравнения (1) численно равен половине редуцированной постоянной Планка ħ. Это говорит о том, что проекция спина электрона L является также физической константой. Значит, из уравнения (3) следует, что отношение энергии собственного вращения электрона εs к угловой скорости вращения электрона ωs является также физической константой.

То, что спин электрона имеет минимально возможное ненулевое значение, следует понимать так, что не существует элементарных частиц из семейства лептонов, чей собственный момент импульса имел бы меньшее значение, чем спин электрона.

В статье, посвященной моменту импульса, приводится определяющее уравнение момента импульса, сомножителем в котором является масса покоя m. В атомной физике существуют частицы, не имеющие массы покоя (безмассовые частицы), у которых, тем не менее, собственный момент импульса (спин) имеется. Это объясняется тем, что у безмассовых частиц существуют две характеристики, зависящие не от массы покоя m, а от энергии связи, то есть от энергии прямолинейного и вращательного движений, законсервированных внутри безмассовых частиц. Это импульс p (при прямолинейном движении частицы) и момент импульса Lz , связанный с вращением частицы вокруг собственной оси. Эти характеристики рассчитываются по формулам, не содержащим массу покоя m. Это описано в статье, посвященной импульсу и моменту импульса в релятивистской механике. В частности, такая безмассовая частица, как фотон, имеет свой собственный момент импульса.

4. Другие характеристики собственного вращения электрона.

Спин электрона Ls и спиновый магнитный момент электрона pms пропорциональны друг другу, что отражается уравнением:

pms = gs Ls , ( 4 )

в котором коэффициент пропорциональности

gs = pms /Ls = − e/me , ( 5 )

где me − масса электрона, называют гиромагнитным отношением спиновых моментов. Оно в 2 раза больше гиромагнитного отношения орбитальных моментов gе , рассмотренного в статье, посвященной магнитным моментам электрона. Так как заряд электрона е и его масса me являются физическими константами, то такой же физической константой является и гиромагнитное отношение gs . Это позволяет с помощью уравнения (5) подсчитать проекцию спинового магнитного момента электрона pms на направление вектора магнитной индукции В. Модуль этой проекции равен

pmsВ = ± gs (ħ/2) . ( 6 )

Физическую постоянную pmsВ обозначают символом μВ и называют магнетоном Бора.

© И. Коган Дата первой публикации 27.06.2009
Дата последнего обновления 21.12.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая