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과학

궤도 자기모멘트

궤도 자기모멘트과학
영어
Orbital magnetic dipole moment
전자의 관계식
μ_L=−(e/2m_e)L
기본 크기 단위
보어 마그네톤 μ_B=eℏ/(2m_e)
축 성분
μ_L,z=−μ_B m_l
전자의 궤도 자기모멘트는 궤도 각운동량에 연결된 자기쌍극자 모멘트다. 전자에 대해 μ_L=−(e/2m_e)L이며 음의 전하 때문에 방향이 각운동량과 반대다. 전자 고유의 스핀 자기모멘트와는 별개의 기여다.

각운동량과 자기성

전류 고리는 자기모멘트를 갖는다. 전자의 궤도 운동과 자기모멘트의 관계를 이해할 때 이 비유가 출발점이 되지만 양자상태를 고전적인 원형 궤도 하나로 환원하지는 않는다. 실제 허용값은 양자 각운동량으로 나타낸다.

크기와 성분

궤도 각운동량 양자수가 l이면 자기모멘트 크기는 μ_B√(l(l+1))이다. z축 성분은 −μ_Bm_l이고 m_l은 −l부터 l까지다. l=1이면 크기는 √2μ_B이며 축 성분은 μ_B,0,−μ_B 세 값이다.

s 상태의 의미

l=0인 s 상태에서는 궤도 각운동량과 이 궤도 자기모멘트가 0이다. 이것이 전자의 스핀이 없거나 원자 전체의 자기모멘트가 반드시 0이라는 뜻은 아니다. 궤도와 스핀의 기여를 따로 계산해야 한다.

외부 자기장과 에너지

외부 자기장과의 상호작용 에너지는 −μ_L·B다. 자기장을 따라 다른 m_l 상태의 에너지가 달라질 수 있어 스펙트럼선의 갈라짐을 설명하는 데 쓰인다. 스핀을 포함한 실제 원자에서는 추가 결합과 근사 조건도 함께 고려해야 한다.

관련 문서

전자 스핀 / 양자수 / 자기장 / 전자 / 스펙트럼 / 에너지 / 원자 / 양자역학