Квант
Школа в «Кванте»

О ядерном веществе

Белкин И. К.

Квант 1986, №3с. 23Тег SBHC

23

моментов сил равны нулю, и рамка находится в состоянии устойчивого равновесия. (На самом деле рамка останавливается не сразу — в течение некоторого времени она будет совершать колесания около своего положения равновесия.)

Нетрудно показать (сделайте это самостояльно), что в любом промежутном положении, когда нормаль к плоскости контраса составляется произвольный угол β с индикцией магнитного поля, врашающей момент равен

M=BISsin⁡β.M = BIS \sin \beta.

Из этого выражения видно, что при данном значении индикции поля и при определении положении контраса с током врашающей момент зависит только от произведения площади контраса S на силу тока I в нем. Величину IS и называют магнитным моментом контраса с током. Говоря точнее, IS — это модель вектора магнитного момента. А направлен этот вектор перпендикулярно плоскости контраса и при том так, что если мы следим вращать буравчик в направлении тока в контуре, то направление поступательного движения буравчика указывает направление магнитного момента. Например, магнитный момент контраса, показанного на рисунках 1 и 2, направлен от нас за плоскостью страниц. Измеряется магнитный момент в А·м².

Теперь мы можем сказать, что контур с током в однородном магнитном поле устанавливается так, чтобы его магнитный момент «смотрел» в сторону того поля, которое вызвало его поворот.

Известно, что не только контур с током обладает свойством создавать собственное магнитное поле и поворачивать во внешнем поле. Такие же свойства наблюдаются и у намагниченного стержня, например у стрелки компаса.

Еще в 1820 году замечательный французский физик Ампер высказал идею о том, что сходство поведения магнита и контраса с током объясняет тем, что в частих магнита существует замкнутые токи. Теперизвесно, что в atomах и молекулах действительное есть мелчайшие электрические токи, связанные с движением электронов по своим орбитам вокруг ядер. Из-за этого atoms и молекулы многохвостives, например парамагнетиков, обладают магнитными моментами. Поворот этих моментов во внешнем магнитном поле и приводит к намагничиванию парамагнитных веществ.

Выяснили и другие. Все частицы, входящие в состав atomа, обладают также магнитными моментами, вовсе не связанных с какими-либо движениями зарядов, то есть с токами. Для них магнитный момент является таким же «врожденным» качеством, как заряд, масса и т.п. Магнитным моментом обладает даже частица, не имеющая электрического заряда,— нейtron, составная часть atomных ядер. Магнитным моментом обладает поэтому и atomные ядра.

Таким образом, магнитный момент — одно из самых важных понятий в физике.

О ядерном веществе

В состав atomного ядра входят частицы двух типов: положительное заряжение протоны и нейтральные нейтроны. Они очень близки по массе mp≈mn≈1,67⋅10−27m_p \approx m_n \approx 1,67 \cdot 10^{-27} кг. Величина эта ничтожна, но, тем не менее, плотность вещества в ядре очень велика. Попытаемся оценить ее.

Опыты Резерфорад, в которых существование atomного ядра, показали, что размер его ~10−14^{-14}—10−15^{-15} м. Последующие измерения для радиуса ядра с массовым числом A>10A > 10 значения

Rπ≈1,3⋅10−15A m.R_\pi \approx 1,3 \cdot 10^{-15} \sqrt{A} \text{ m}.

При этом для объема ядра (считая его сферическим) имеем

Vπ=43πRπ3≈10−44A m3.V_\pi = \frac{4}{3} \pi R_\pi^3 \approx 10^{-44} A \text{ m}^3.

Масса ядра

Mπ≈mpA,M_\pi \approx m_p A,

позетом плотность вещества в ядре