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電磁気学


基 礎 物 理 学 選 書 質 点 の 力 学 ( 改 訂 版 ) 量 子 論 ( 改 訂 版 ) 質 点 系 ・ 剛 体 の 力 学 ( 改 訂 版 ) 7. 9. 17. 23. 原 原 原 瓜 田 瓜 田 近 中 阿 神 花 長 編 集 委 員 会 金 原 寿 郎 ・ 原 島 2. 小 出 昭 5. 小 出 昭 郎 著 浩 著 清 著 清 著 高 著 蔵 著 青 著 敏 著 哲 著 蔵 著 ズ 固 編 著 鮮 ・ 野 上 茂 吉 郎 ・ 押 田 勇 雄 ・ 西 川 哲 治 ・ 小 出 昭 一 郎 1. 原 3. 原 4. 小 藤 - 8. 有 里 10. 市 12. 金 15. 佐 18. 原 19. 市 21. 小 出 昭 24. 武 島 島 島 生 生 辺 島 島 : 城 . 敏 : 山 正 沢 達 村 原 寿 藤 島 村 ー 出 日 召 鮮 郎 鮮 郎 孝 美 浩 郎 洋 鮮 郎 著 著 著 著 著 著 著 著 著 著 著 編 と 波 円 円 3296 2781 2369 円 2781 量 子 力 学 (I)(II)( 改 訂 版 ) 熱 振 物 統 情 量 熱 カ 動 波 動 ー 固 体 を 性 員 問 中 心 、 と し た 計 力 学 ( 改 訂 版 ) 電 磁 気 学 い ) (11) 報 理 論 ( 改 訂 版 ) 子 力 学 演 習 学 演 習 ー 熱 力 学 電 磁 気 学 演 習 熱 学 演 習 ー 統 計 力 学 ( 改 訂 版 ) 22. 野 上 茂 吉 郎 ( I ) 2472 ( II ) 2472 2369 2987 2575 3090 ( I ) 3399 ( Ⅱ ) 3399 3296 2472 2884 2987 3399 2369 里 田 典 ロ ロ 典 浩 鮮 鮮 鮮 田 著 著 著 カ カ カ カ 光 素 学 演 粒 習 学 子 暁 著 著 著 著 学 ( 三 訂 版 ) 学 ( I ) 質 点 ・ 剛 体 の 力 学 学 (II) 解 析 カ 理 ・ エ 基 礎 カ 理 ・ エ 基 礎 解 析 カ 理 ・ エ 基 礎 量 子 力 大 正 榮 小 野 寺 嘉 孝 著 洋 小 出 昭 一 郎 編 著 理 ・ エ 基 礎 解 3090 3193 2575 円 2266 2163 1957 2163 1957 2369 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 小 出 昭 藤 山 部 部 村 郎 淳 敏 哲 勉 編 著 介 著 著 著 著 著 著 勉 編 著 冫 子 物 カ 電 熱 冫 カ 固 熱 磁 統 体 体 物 理 の た め の カ 計 物 応 理 本 斤 王 里 と ・ 用 数 王 里 カ プ 〕 波 学 1957 2163 2369 2163 2472 2781 2678 2369 2575 1854 近 中 阿 ネ 申 花 長 岡 村 部 部 山 藤 正 榮 振 : 基 礎 ~ 寅 、 習 シ ′ リ ー ー ス ・ シ リ ー ー ズ 、 基 礎 ~ 寅 習 シ リ ー ー ス ・ 基 礎 演 習 基 礎 演 習 シ ・ リ ー ー ス - 基 石 ~ 寅 習 シ - リ ー - . ス ・ 基 礎 ~ 寅 習 シ ′ リ ー ー ス ・ - 基 礎 ~ 寅 習 基 礎 演 習 シ リ ー ー - ス ・ 基 礎 ー 寅 習 動 物 カ / ノ ル 熱 熱 電 著 磁 気 カ 統 計 カ イ 本 カ 体 物 理 小 野 寺 嘉 孝 著 岡 洋 介 物 理 の た め の 応 用 数 学 振 動 と 波 1854 1957 2060 2163 円 2369 2266 2163 2266 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円 円

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著 者 略 歴 1936 年 福 岡 県 出 身 . 1963 年 東 京 大 学 大 学 院 数 物 系 研 究 科 博 士 課 程 卒 業 . 東 京 大 学 教 養 学 部 助 手 , 九 州 大 学 教 養 部 助 教 授 , 教 授 を 経 て , 現 在 同 理 学 部 教 授 . 1977 ~ 78 年 , 米 国 プ ラ ウ ン 大 学 客 員 教 授 . 専 攻 は 固 体 物 理 学 . 理 学 博 士 . 主 な 著 書 ・ 訳 書 : 「 静 電 誘 導 」 , 「 電 磁 誘 導 」 , パ イ エ ル ス 「 理 論 物 理 秘 伝 集 」 ( 以 上 共 立 出 版 ) , プ ロ ヒ ン ツ ェ フ 「 量 子 力 学 1 , 2 」 ( 共 訳 , 東 京 図 書 ) , ジ ェ ル デ フ 「 対 称 性 と そ の 応 用 」 ( 共 訳 , 講 談 社 ) , 基 礎 演 習 シ リ ー ズ 「 電 磁 気 学 」 ( 裳 華 房 ) , 「 環 境 理 解 の た め の 熱 物 理 学 」 ( 共 著 , 朝 倉 書 店 ) 磁 印 略 社 団 法 人 示 し て あ り ま す . 定 価 は カ バ ー に 表 電 検 省 行 者 一 戸 万 発 行 ・ 子 ・ 1986 年 12 月 10 日 1995 年 10 月 5 日 第 1 版 発 行 ⑥ 第 13 版 発 行 著 作 者 印 刷 所 製 本 所 発 な か 中 や ま 山 野 ま さ 正 達 と し 敏 治 東 京 f ・ 代 Ⅲ 区 四 番 町 ト 地 電 話 東 京 3 2 6 2 9 1 6 6 ~ 株 式 会 社 裳 華 房 壮 光 舎 印 刷 株 式 会 社 板 倉 製 本 印 刷 株 式 会 社 自 然 科 学 書 協 会 会 員 囮 く 日 本 複 写 権 セ ン タ ー 委 託 出 版 物 〉 本 書 の 全 部 ま た は 一 部 を 無 断 で 複 写 複 製 ( コ ヒ 。 ー ) す る こ と は , 著 作 権 法 上 で の 例 外 を 除 き , 禁 し ら れ て い ま す . く わ し く は 日 本 複 写 権 セ ン タ ー ( 03 ー 3401 ー 2382 ) に ご 相 談 く だ さ い Printed in Japan ISBN 4 ー 7853 ー 2026 ー 5

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新 . 9 磁 気 モ ー メ ン ト と 回 転 運 動 お = ク じ >< 召 と 場 B に よ っ て 与 え ら れ る . 151 ( 5.23 ) 静 電 場 の 場 合 に は , 電 荷 が 真 空 中 に 作 る 場 E が 基 本 量 で あ っ て , 場 D は 誘 電 体 の 場 を 扱 う た め に 導 入 し た 補 助 量 で あ る と 見 る こ と が で き る . 静 磁 場 の 場 合 に , ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト が 作 る 磁 場 が も っ と も 要 素 的 な も の で あ る と 考 え れ ば , E に 対 応 す る 基 本 量 は ″ で あ る . こ の 考 え 方 を E ー ″ 対 応 と い う . こ れ に 対 し て , 電 流 が 作 る 磁 場 を 要 素 的 現 象 と 考 え れ ば , B を 基 本 量 と す る E ー 召 対 応 と い う 考 え 方 に な る . 電 磁 気 学 の 理 論 を 体 系 化 し よ う と す る と き , 割 切 っ て ど ち ら か の 立 場 に 立 て ば , 話 の 筋 道 は す っ き り す る . そ の よ う に し て 書 か れ て い る 教 科 書 も 数 多 く あ る . 特 に 最 近 は , E ー 召 対 応 の 立 場 で 書 か れ て い る 本 が 多 い . し か し , 本 書 で は こ れ ま で 述 べ て き た よ う に 2 つ の 立 場 を 併 立 さ せ て き た . 電 磁 気 現 象 の 全 体 を 場 の 法 則 と し て は じ め て ま と め 上 げ て い く た め に は , 磁 気 モ ー メ ン ト で 発 生 ・ 消 滅 す る 磁 カ 線 , 電 流 の 作 る 閉 じ た 磁 束 線 の 両 方 の イ メ ー ジ を し つ か り と つ か ん で お く こ と が ま ず 大 切 で あ る , と 思 う か ら で あ る . 両 者 の い ず れ が よ り 要 素 的 か と い う こ と は , 好 み や 便 宜 の 問 題 で は な く , ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト と 微 小 電 流 の ど ち ら が 要 素 的 か と い う 物 理 的 な 問 に 答 え て は じ め て 決 め ら れ る こ と で あ る . こ の 点 に つ い て は 次 節 で 考 え る . 次 章 で 述 べ る よ う に , 電 磁 誘 導 に よ っ て 生 じ る 電 場 の 電 気 力 線 は 閉 曲 線 を な す . さ ら に , 7.1 で は , 場 の 運 動 と い う 見 方 か ら す る と , ビ オ ー ー サ バ ー ル の 法 則 に よ っ て 作 ら れ る 磁 場 は , 電 磁 誘 導 に よ る 電 場 と 同 じ 性 質 の も の で あ る こ と が 示 さ れ る . 磁 場 一 つ と っ て も 自 然 の 奥 行 き は 深 い . 5.9 磁 気 モ ー メ ン ト と 回 転 運 動 コ イ ル に 沿 っ て 流 れ る 電 流 は 盟 = 色 バ の 磁 気 モ ー メ ン ト を も つ . 電 流 を 電 荷 の 運 動 に 分 解 し て 考 え る と , あ る 軌 道 に 沿 っ て 電 荷 が 回 転 運 動 を す る と き , 磁 気 モ ー メ ン ト を も っ と い っ て も よ い . 回 転 運 動 を 表 わ す 力 学 量 は 角 運 動 量 で あ る . そ こ で , 電 荷 の 角 運 動 量 と 磁 気 モ ー メ ン ト と の 関 係 を 調 べ て み よ う . 5 ー 48 図 の よ う に , 半 径 % の 円 軌 道 に 沿 っ て , 電 荷 ク , 質 量 襯 の 粒 子 が 等 速

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あ る . 138 5. 静 磁 場 こ の 磁 束 が 電 流 に お よ ば す 力 は , 単 位 長 さ あ た り 12 ム / 2 2 ( 5.38 ) と な る . マ イ ナ ス 符 号 は , ム > 0 の と き , す な わ ち 電 流 が 同 じ 向 き の と き に 引 力 が は た ら く こ と を 意 味 し て い る . ム / 2 < 0 , す な わ ち 電 流 の 向 き が 互 い に 逆 な ら ば , 力 は 斥 力 と な る . [ 問 6 ] ム = / 2 = 20 A, 〃 = 10 cm の と き , 単 位 長 さ あ た り の カ の 大 き さ を 求 め よ . [ 答 : 8 x 1 『 4 N] 本 書 で 用 い て い る 国 際 単 位 系 で は , 式 ( 5.38 ) の 力 を 用 い て 電 流 の 単 位 ア ン ペ ア (A) を 定 義 す る . す な わ ち , lm へ だ て た 同 じ 大 き さ の 平 行 電 流 の 間 に / 2 = 2 >< 10 ー 7 N の 力 が 作 用 し て い る と き , そ の 電 流 の 大 き さ を 1 A と 定 義 す る の で あ る . こ れ を 電 磁 気 の 基 本 単 位 と し , そ の 他 の 諸 量 の 単 位 は ア ン ペ ア か ら 誘 導 す る . 磁 気 的 な 量 に つ い て い え ば , 召 の 単 位 は 磁 気 力 か ら N/Am= T , 〃 の 単 位 は 召 = A / m で あ る . 磁 荷 と 磁 場 の 関 係 式 か ら , 磁 荷 の 単 位 Wb は J/A と な る . 電 荷 の 単 位 は 1 C = 1 A s と 定 め る . し か し , こ の よ う に い ろ い ろ な 単 位 の 間 の 関 係 を 整 理 し て 体 系 化 す る こ と は , 最 初 に 電 磁 気 学 を 学 ぶ と き に は あ ま り 深 く は こ だ わ ら ず に 一 つ の 約 束 事 と し て 受 け と っ て お け ば よ い . そ れ よ り も , 種 々 の 物 理 量 の 間 の 関 係 を 単 位 も 含 め て よ く 理 解 し て , 持 ち ネ タ を 豊 富 に し て お く こ と が 大 切 で あ る . そ れ で こ そ 体 系 化 す る こ と の 意 味 も 理 解 で き る と い う も の で あ ろ う . 5.6 ア ン ペ ー ル の 法 則 電 流 の 作 り 出 す 磁 束 密 度 B(C) の 磁 束 線 は , 必 ず 閉 曲 線 と な っ て い る . し た が っ て , こ の 磁 束 線 自 身 に 沿 っ て 召 ( ) の 接 線 成 分 を 一 周 積 分 す る と , 0 で は な い 値 と な る . 召 ( ) は 電 流 の 大 き さ / に 比 例 し て い る か ら , こ の 積 分 値 は / に 比 例 し て い る .

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円 の 面 積 S = , 円 周 に 沿 っ て の 電 152 5. 静 磁 場 円 運 動 を し て い る と し よ う . こ の と き , 流 は / = ク ツ 2 " で あ る か ら , 磁 気 モ ー メ ン ト は 2 ク 2 2 襯 0 2 襯 と な り , 角 運 動 量 / = 襯 に 比 例 す る . 9 磁 気 モ ー メ ン ト 5 ー 48 図 電 荷 の 回 転 運 動 と [ 問 1 ] 5.7 の [ 問 1 ] で 考 え た ポ ー ア の 原 子 模 型 の 場 合 に つ い て , と / の 関 係 を 調 べ よ . で あ っ た . [ 答 : pm = e ん / 4 襯 一 方 , / = 襯 の B の = ん / 2 兀 で あ る か ら , = 色 e 〃 2 襯 が 成 り 立 つ . ] こ の 結 果 は 円 運 動 以 外 の 場 合 に も 一 般 化 さ れ 加 = 色 れ I ( 5.54 ) と 表 わ す こ と が で き る . I は 電 荷 の 軌 道 運 動 の 角 運 動 量 ベ ク ト ル で あ り , れ は 磁 気 角 運 動 量 比 と よ ば れ , ど ん な 軌 道 運 動 に 対 し て も , 2 襯 で あ る . ( 5.55 ) [ 間 2 ] 5 ー 48 図 の 円 運 動 の 場 合 に つ い て , べ ク ト ル 加 と I と の 方 向 , 向 き の 関 係 ( 5.54 ) を 確 か め よ . [ 答 : ク > 0 と す る と , 両 方 の べ ク ト ル と も に 円 軌 道 面 に 垂 直 で , 粒 子 の 回 転 の 向 き に 回 し た 右 ね じ が 進 む 向 き で あ る . ] た と え ば , 原 子 内 の 電 子 に つ い て は , ど ん な に 複 雑 な 軌 道 運 動 を し て い て も ー e / 2 襯 が 成 り 立 つ . こ の こ と は , 古 典 力 学 的 運 動 ば か り で は な く , 量 子 れ 力 学 に よ っ て 電 子 の 運 動 を 扱 っ て も 成 り 立 つ . 量 子 力 学 に よ れ ば , 角 運 動 量 の 2 ん = 襯 ~ あ る 方 向 の 成 分 の 値 は を 整 数 と し て と い う 値 に 限 ら れ る . え 方 向 の 磁 場 〃 の 中 に あ る 磁 気 モ ー メ ン ト の エ ネ ル ギ ー

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51 の 電 荷 を 与 え た と き の 電 場 の 様 子 を 求 め , 電 位 差 を 計 算 す れ ば よ い . 代 表 的 な 2.4 キ ャ パ シ タ ー と 電 気 容 量 場 合 を い く つ か 計 算 し て み よ う . (a) 平 行 平 板 キ ャ パ シ タ ー 2 ー 15 図 の よ う に , 広 い 導 体 平 板 A と B が 狭 い 間 隔 d を 隔 て て 互 い に 平 行 に な る よ う に 置 か れ て い る と す る . 極 板 A に Q, B に ー Q の 電 荷 を 与 え る と , こ の 電 荷 は 極 板 の 端 の 部 分 を 除 く と 一 様 に 分 布 す る . そ の 面 密 度 び は , 極 板 の 面 積 を S と し て , び = Q/S で あ 2 ー 15 図 平 行 平 板 キ ャ パ シ タ ー る . こ の よ う な 電 荷 が 作 る 電 場 E は , い . 5 の [ 問 2 ] で 求 め た よ う に , 極 板 に 垂 直 で , 極 板 の 間 に の み 存 在 す る . し た が っ て , 電 荷 は 極 板 の 向 か い 合 っ た 面 上 に 分 布 す る . 電 場 の 強 さ は , E= び た 0 で あ る . こ れ か ら 電 位 差 を 求 め る と EOS と な る . 電 気 容 量 の 定 義 式 ( 2.8 ) と 見 比 べ て , EOS ( 平 行 平 板 キ ャ パ シ タ ー ) ( 2.9 ) で あ る こ と が わ か る . [ 間 2 ] S = 1.0 m2, d = lmm の 平 行 平 板 キ ャ パ シ タ ー の 電 気 容 量 を 求 め よ . [ 答 : C = 8.9 >< 1 『 9 F = 8.9 >< 103 pF] 上 に 求 め た 程 度 の 寸 法 で も C の 値 は 小 さ い . 実 際 の キ ャ パ シ タ ー で は , d を 小 さ く す る と と も に 有 効 面 積 を 増 す た め に , 金 属 箔 の 間 に 絶 縁 物 を 挿 ん で 巻 き こ む な ど の 工 夫 が な さ れ て い る . ま た , 次 章 で 学 ぶ よ う に , 誘 電 体 を 極 板 の 間 に 挿 ん で 電 気 容 量 を 大 き く し て い る . 電 気 容 量 は S に 比 例 し て い る の で , 極 板 の 向 か い 合 っ た 部 分 の 面 積 を 変 え る こ と に よ っ て , 簡 単 に 電 気 容 量 を 変 え る こ と が で き る . こ れ を 可 変 容 量 キ ャ パ シ タ ー と い う . ラ ジ オ で 電 波 に 同 調 さ せ る た め に つ ま み を 回 す が , あ れ は キ ャ パ シ タ ー の 電 気 容 量 を 変 え て い る の で あ る .

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5.9 磁 気 モ ー メ ン ト と 回 転 運 動 153 は , 式 ( 5.5 ) か ら と , 色 れ カ 〃 の 整 数 倍 の 値 を と る . こ の こ と は , 原 子 の ス ペ ク ト ル 線 の 磁 場 に よ 式 ( 5.54 ) が 個 々 の 電 子 の 運 動 に つ い て 成 り 立 つ な ら ば , 両 辺 を 合 成 し 平 均 る 分 裂 効 果 に よ っ て 確 か め ら れ て い る ( ゼ ー マ ン 効 果 ). 化 し て と い う 関 係 が 成 り 立 つ は ず で あ る . ん は 単 位 体 積 あ た り の 角 運 動 量 で あ る . た と え ば , 鉄 の 円 柱 を 吊 し て お い て 外 部 コ イ ル に よ っ て 磁 気 分 極 さ せ る と , 円 柱 は 回 転 を 始 め る の で は な い か と 予 想 さ れ る . こ の こ と を 実 験 的 に 確 か め た の は , ア イ ン シ ュ タ イ ン ( あ の 有 名 な ) と ド ・ ハ ー ス で あ る . ま た , 逆 の 効 果 と し て , 円 柱 を 回 転 さ せ る こ と に よ り 磁 気 分 極 を ひ き 起 こ す 実 験 も バ こ う し て , 磁 石 の 場 合 に ー ネ ッ ト に よ っ て な さ れ た . も 磁 気 分 極 と 角 運 動 量 と は 比 例 し て い る こ と が わ か っ し か し , そ の 比 例 係 数 か ら 求 め た 磁 気 角 運 動 量 比 の 値 は ( 5.56 ) 5 ー 49 図 磁 気 分 極 と 回 転 で あ っ て , 電 子 の 軌 道 運 動 か ら 期 待 さ れ る 値 の ち ょ う ど 2 倍 で あ る . わ ず か 因 子 2 の 違 い で あ る が , こ れ は 古 典 物 理 学 で は ど う し て も 説 明 で き な い 大 き な 謎 で あ っ た . ま た , 原 子 の ス ペ ク ト ル 線 の 磁 場 に よ る 分 裂 に も , 電 子 の 軌 道 運 動 で は ど う し て も 説 明 で き な い 異 常 が 発 見 さ れ た . こ れ ら の 謎 は , 電 子 が そ の 重 ル 線 の 異 常 は , s の え 成 分 が に よ っ て 与 え ら れ る と し て 説 明 さ れ た . こ れ を 電 子 の ス ピ ン と い う . Pm = ß07sS 心 は 静 止 し て い て も , 固 有 の 角 運 動 量 s を も ち , そ れ に よ る 磁 気 モ ー メ ン ト が ス ペ ク ト ( 5.57 )

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116 5. 静 磁 場 で あ る . 磁 気 双 極 子 間 の カ か ら 出 発 し て 磁 気 の 理 論 を 組 み 立 て る の が 本 筋 で あ ろ う . し か し , そ の 力 は ク ー ロ ン の 法 則 か ら 導 か れ る こ と は , 電 気 双 極 子 の 間 の 力 が 電 気 の ク ー ロ ン の 法 則 か ら 導 か れ る こ と と 同 様 で あ る . そ う い う 意 味 で ( 5.1 ) か ら 出 発 し て 磁 気 の 理 論 を 考 え て い こ う . こ の 理 論 は , 第 1 章 の 静 電 場 の 理 論 を ほ と ん ど そ の ま ま な ぞ り な が ら 磁 気 の 場 合 に 対 応 す る 概 念 を 導 入 し , 上 に 述 べ た 単 独 磁 荷 の 不 存 在 を 考 慮 し て 作 り あ げ れ ば よ い . ま ず , あ る 空 間 領 域 に わ た っ て 存 在 す る 磁 気 的 作 用 と し て 磁 場 * を 考 え る . 磁 場 の 強 さ は , 単 位 磁 荷 あ た り の 磁 気 力 と し て 導 入 す る . す な わ ち , あ る 点 P に 磁 荷 が あ っ て 磁 気 力 お 加 が は た ら く と き , に よ っ て 定 義 す る . ″ の 単 位 は , N/Wb=A/m で あ る . 別 の 単 位 系 (CGS 電 磁 単 位 系 ) で 用 い ら れ る 単 位 工 ル ス テ ッ ド (Oe) と の 間 に は , 1A/m = 4 兀 >< 10 ー 30e の 関 係 が あ る . 磁 石 の 基 本 要 素 と な る も の は , 磁 気 双 極 子 が 作 る 磁 場 で あ る . 磁 気 双 極 子 は , 電 気 双 極 子 に な ら っ て , 士 の 磁 荷 が 小 さ い 間 隔 / を 隔 て て 対 と ロ へ と 向 か 様 な 磁 場 ″ の 中 に 置 か れ た 磁 気 双 極 子 に は う と し て , 大 き さ は = / で 定 義 さ れ る . こ の 点 の 磁 場 の 強 さ ( 5.3 ) 5 ー 4 図 磁 気 双 極 子 モ ー メ ン ト の ト ル ク が は た ら く . [ 間 3 ] 盟 。 と ″ と の 角 度 が 日 の と き , 大 き さ を 求 め よ . * 工 学 で は 磁 界 と い う 訳 語 が よ く 使 わ れ る . ト ル ク の ( 5.4 ) [ 答 : 5 ー 5 図 一 様 な 磁 場 中 の 磁 気 双 極 子 に は た ら く ト ル ク

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5.9 磁 気 モ ー メ ン ト と 回 転 運 動 異 常 で あ る が , こ れ は こ れ ら の 粒 子 が 2 種 類 の ク オ ー ク か ら 構 成 さ れ , 各 ク オ ー ク に つ い て は 為 の 値 は 電 荷 / 質 量 で あ る と し て 説 明 さ れ て い る . [ 問 5 ] 陽 子 , 中 性 子 の 磁 気 モ ー メ ン ト の 大 き さ を 求 め よ . 155 と , 磁 気 モ ー メ ン ト を 磁 場 の 方 向 に 向 け る よ う に ト ル ク が は た ら く . こ の た め 電 子 や 原 子 核 の ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト に 対 し て 傾 い た 方 向 に 磁 場 丑 が あ る = 1.2>< 10 ー 32Wbm. こ れ ら の 値 は , 電 子 の 磁 気 モ ー メ ン ト よ り も 3 桁 小 さ い . ] = / ( 陽 子 ) カ / 2 = 2.8 劯 / 4 = 1.8 >< 10-32Wbm. 同 様 に し て , ( 中 性 子 ) sz の 絶 対 値 は カ / 2 , で あ る か ら , 陽 子 の 磁 気 モ ー メ ン ト の 大 き さ は ( 陽 子 ) に , ス ピ ン 角 運 動 量 の 運 動 方 程 式 は ( 5.60 ) と な る . 自 転 し て い る コ マ の 回 転 軸 を 倒 す よ う に 重 力 の ト ル ク が は た ら く と き , コ マ の 自 転 軸 が 重 力 方 向 の ま わ り を 回 転 す る 才 差 運 動 が 起 こ る . こ れ と 同 じ よ う に , ス ピ ン の 方 向 が 磁 場 の ま わ り を 回 転 す る 才 差 運 動 が 起 こ る ( 5 ー 50 図 ). そ の 回 転 角 振 動 数 cos は , ws = ( 5.61 ) 5 ー 50 図 磁 気 モ ー メ ン ト の 磁 場 の ま わ り の 才 差 運 動 (Ds で 与 え ら れ る . こ れ と 同 じ 角 振 動 数 の 電 波 を 送 る と ス ピ ン の 運 動 と 共 鳴 し て 強 く 吸 収 さ れ る . こ れ を 磁 気 共 鳴 と い う . こ の よ う な 場 合 に は , 電 子 や 原 子 核 の ス ピ ン が 感 じ る の は そ の 場 所 に お け る 微 視 的 磁 場 で あ る . そ の 値 は , そ の 周 囲 の 電 子 や 原 子 核 の ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト や 原 子 的 尺 度 の 電 流 の 様 子 に よ っ て 決 ま る . こ の こ と か ら , 磁 気 共 鳴 は 物 質 の 微 視 的 構 造 に 関 す る 知 見 を 与 え て く れ る . 才 差 運 動 し て い る コ マ は , 摩 擦 に よ り や が て 倒 れ て し ま う . 同 様 に , 〃 の ま わ り を 回 っ て い る 磁 気 モ ー メ ン ト も , エ ネ ル ギ ー を 失 っ て ″ の 方 向 を 向 く よ う に な り , 磁 場 方 向 の 磁 気 分 極 が 発 生 す る . [ 問 6 ] 色 ″ = 0. IT の と き , 電 子 と 陽 子 ス ピ ン の 共 鳴 角 振 動 数 を 求 め よ . [ 答 : の = 1.8 >< 1010S ー 1 ( 電 子 ) , 2.7 x 107S -1 ( 陽 子 ) ]

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当 5.2 磁 性 体 と 磁 気 分 極 常 磁 性 , 強 磁 性 5 ー 1 表 物 質 の 磁 気 感 受 率 * と 磁 気 分 極 は 磁 場 に 比 例 す る . そ の 比 例 ( 室 温 の 値 . 相 対 透 磁 率 = 係 数 を 磁 気 感 受 率 ( 磁 化 率 ) と い う . 1 + . 鉄 は 強 磁 性 体 で あ 磁 気 感 受 率 は 物 質 定 数 で あ っ て , 物 質 の 物 質 磁 気 感 受 率 種 類 や 温 度 な ど の 状 態 に よ る . そ の 値 の 空 気 3.6 >< 10 ー 7 例 を い く つ か 5 ー 1 表 に 示 し た . 強 磁 性 体 2.1 >< 10 ー 5 ア ル ミ ニ ウ ム を 除 く と , の 絶 対 値 は 電 気 感 受 率 に 比 8.3 >< 10 ー 4 マ ン ガ ン 硫 酸 銅 1.8 >< 10 ー 4 べ る と ず っ と 小 さ い . こ の 表 に も あ る よ ー 1 . 7 >< 10 ー 4 ビ ス マ ス う に , あ る 種 の 物 質 で は < 0 と な る 水 ー 8.9 >< 10-6 ( 6 ~ 8 ) >< 103 鉄 場 合 が あ る . こ れ を 反 磁 性 と い う . 反 磁 kg あ た り や m01 あ た り の 分 極 / 〃 性 は 電 磁 誘 導 に よ る 微 視 的 電 流 の 発 生 と の 値 を 表 示 す る 慣 習 が あ る の で 注 意 関 係 し て お り , そ の 説 明 は 後 に 行 う こ と す る こ と . に す る . 外 磁 場 が な く て も 磁 気 分 極 し て い る 物 質 を 強 磁 性 体 と い う . 強 磁 性 体 で は , 磁 気 原 子 の 間 に 量 子 力 学 的 な 相 互 作 用 に よ り , 磁 気 モ ー メ ン ト を 互 い に 平 行 に す る よ う な 力 が は た ら く . こ の た め , す べ て の 原 子 の 磁 気 モ ー メ ン ト が 一 方 向 に そ ろ っ て , 大 き な 磁 気 分 極 が 生 じ る . こ れ を 自 発 磁 気 分 極 と い う . 一 方 , 熱 運 動 は 自 発 分 極 を さ ま た げ る は た ら き を す る . こ の た め , 強 磁 性 は あ る 温 度 以 下 で し か 現 わ れ な い . こ の 境 目 の 温 度 5 ー 9 図 を キ ュ リ ー 温 度 と い う . 鉄 の キ ュ リ ー 温 度 は 770 ℃ で 強 磁 性 体 の 自 発 磁 化 あ る . 鉄 の 磁 石 を 赤 熱 す る と 磁 石 と し て の は た ら き を 失 っ て し ま う . 赤 熱 し た 鉄 を ふ た た び 室 温 ま で 冷 し て も , 磁 気 分 極 が 生 じ な い . こ の 状 態 か ら 磁 場 を 作 用 さ せ て い く と , と 〃 と の 関 係 は , 5 ー 10 図 に 示 す よ う に 複 雑 に 変 化 す る . は ま ず 〃 と と も に 増 加 す る が , や が て 一 定 値 に 飽 和 す る ( A ). こ の と き の 値 を 飽 和 磁 気 分 極 s と い う . こ の 状 態 か ら 磁 場 〃 を 減 少 し て い く と , は 曲 線 OA 上 を 逆 行 す る の で は な く , そ れ よ り も 大 き い 値 を と り な が ら 減 少 こ の と き の 値 を 残 留 磁 気 分 極 Pmr と い し , 〃 = 0 で も 有 限 の 値 を も つ ( B ). 121