Momento magnetico dell'elettrone
A cosa è dovuto e quanto vale il momento magnetico dell'elettrone?
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Vuoi sapere quanto vale e quale direzione assume il vettore che definisce il momento magnetico dell'elettrone?
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In questa lezione infatti, dopo avere introdotto brevemente lo spin dell'elettrone, vedremo che cosa rappresenta, quanto vale e quale direzione assume il momento magnetico dell'elettrone.
Iniziamo con il ricordare che l'elettrone ruotando attorno al proprio asse, produce nello spazio circostante un effetto che può essere rappresentata con un vettore la cui orientazione coincideva con l'asse di rotazione della particella.
Questa grandezza è il momento angolare di spin dell'elettrone o semplicemente spin dell'elettrone.
Lo spin dell'elettrone è dovuto al suo momento angolare intrinseco.
Allo spin di un elettrone è associato un momento magnetico noto come momento magnetico dell'elettrone.
Momento magnetico dell'elettrone
L'elettrone rivela proprietà magnetiche dovute sia ai movimenti di rivoluzione attorno al nucleo e di rotazione (spin) attorno al proprio asse.
Il valore approssimato del momento magnetico associato allo spin dell'elettrone è un magnetone di Bohr:
μ0 = (e·ħ) / (2·me·c) = 9,274 ·10-24 J/T
dove
- e è la carica dell'elettrone;
- m è la massa dell'elettrone;
- c è la velocità della luce;
- ħ è la costante di Planck (h) divisa per 2π.
Vi è inoltre un momento magnetico μl associato al momento angolare orbitale, che è uguale a μ0 per I = 1.
La direzione del momento magnetico è in ogni caso opposta a quella del momento angolare corrispondente (ambedue sono vettori) e i due momenti magnetici sono quindi negativi.
Il momento magnetico orbitale dell'elettrone può facilmente essere compreso applicando alla meccanica quantistica le leggi dell'elettromagnetismo classico: infatti il semplice modello classico di una corrente di opportuna intensità che circola in una spira basta a descrivere le caratteristiche magnetiche di un elettrone che percorre la sua orbita.
Lo spin dell'elettrone e le proprietà magnetiche a esso associate sono invece inspiegabili da un punto di vista classico.
Il raggio classico dell'elettrone è e2/(2·me·c2) e una distribuzione di massa e di carica entro questo raggio capace di spiegare spin e momento magnetico comporta che la velocità di un punto alla periferia dell'elettrone sia molto maggiore della velocità della luce, il che ovviamente è del tutto inammissibile in base ai postulati della teoria della relatività.
Di fatto, non è stato ancora proposto alcun modello della struttura dell'elettrone che consenta di spiegare intuitivamente l'esistenza dello spin: tuttavia l'interpretazione degli spettri atomici e molecolari, le proprietà magnetiche dei materiali e molti altri fenomeni su scala atomica confermano senza alcun dubbio la necessità di attribuire all'elettrone un certo spin.
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