磁矩与角动量有何关系?计算外磁场中磁偶极子的力矩
来源:粤科网2022-10-22

磁偶极矩与角动量有什么关系?电子磁矩的来源是什么?怎么证明外磁场中磁偶极子的力矩公式?10月21日12时,《张朝阳的物理课》第九十四期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,利用环形电流介绍磁偶极子与磁矩的概念,随后将圆周运动点电荷等效成环形电流以求出磁矩,紧接着分析磁偶极矩与角动量的关系,然后介绍磁偶极子与外磁场的相互作用,简单解释了顺磁性与抗磁性的原理,并通过建立直角坐标系证明了磁矩受到的力矩等于磁矩叉乘上外磁场。

 

首先,张朝阳介绍了磁铁与环形电流在远处的磁场分布,指出磁场分布与电偶极子的电场具有高度相似性,引出磁偶极子的概念,并通过圆形环形电流给出了磁矩的定义。他还将圆周运动的点电荷等效成环形电流,求出等效电流与电荷的关系,并将磁矩用电荷与运动速度表示出来。接着,张朝阳计算了圆周运动的角动量,并发现其磁矩正比于角动量,得到旋磁比。对于轨道角动量产生的磁矩,旋磁比为1。而对于自旋磁矩,旋磁比约等于2.

 

最后,通过巧妙建立合适的直角坐标系,张朝阳将一个环形电流的电流微元位置、微元电荷速度以及外磁场用球坐标与直角单位向量表示出来。计算得到微元受到的洛伦兹力后,进一步计算该微元受到的力矩,将所有微元求和得到整个环形电流的力矩,发现力矩等于磁矩叉乘上外磁场。通过力矩公式,他还分析了磁介质材料的顺磁性与抗磁性的原理。

 

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播九十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

 

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电磁学。

 

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:以演算物理为特色,注重从日常现象引入,通过一步一步详尽计算和硬核推导,理解自然界的基本规律。