Experimentalphysik III (Atomphysik)

6.1. Magnetisches Dipolmoment, gyromagnetisches Verhältnis, Larmorfrequenz 111
Sie ist unabhängig vom Einstellwinkel α!
Die Tatsache, daß zur Erklärung der magnetischen Eigenschaften der Materie kreisende Ladungen
nötig sind, ist schon lange bekannt: Ampèresche Ringströme. Mit diesen Strömen lassen sich
leicht Dia– und Paramagnetismus verstehen.
1. Diamagnetismus
Diamagnetische Stoffe besitzen kein permanentes atomares Dipolmoment. In diamagnetischen
Stoffen kreisen die Elektronen paarweise gegensinnig um den Atomkern. Es stehen
immer zwei Bahndrehimpulse � L antiparallel. Das in einem Magnetfeld auftretende Moment
des Stoffes muß deshalb erst beim Einbringen in ein äußeres Feld entstehen.
Um den Diamagnetismus zu erklären betrachten wir im Folgenden zwei unterschiedliche
Modelle, die beide aber zum selben Ergebnis führen.
• Im ersten Modell haben wir es mit einem Induktionsvorgang im Sinne der klassischen
Physik zu tun, bei dem die induzierten Ströme immer solche magnetische Momente
erzeugen, die dem äußeren Feld entgegengesetzt gerichtet sind (Lenz’sche Regel).
Damit ist verständlich, warum in diamagnetischen Stoffen die Flußdichte geringer
ist als die im äußeren Feld, bzw. die Suszeptibilität negativ sein muß. Für die paarweise
und gegensinnig umlaufenden Elektronen führen wir jeweils Einzelbetrachtungen
durch.
Man faßt das Elektron, wie oben erwähnt, als
Stromschleife auf. Bringt man eine solche Schleife
senkrecht zu den Feldlinien in ein Magnetfeld der
Flußdichte B, so ändert sich der umschlossene
Kraftfluß φ um
Abb. 6.4: Zur Erklärung des Diamagnetismus
mit Hilfe der Elektrodynamik.
∆φ = −Br 2 π. (6.1.3)
Findet diese Änderung in der Zeit ∆t statt, so tritt nach dem Induktionsgesetz im
Leiter eine elektrische Feldstärke E auf, wobei � Eds =∆φ/∆t sein muß. Bei einem
kreisförmigen Leiter kann unter Verwendung von (6.1.3) auch 2πrE∆t = −Br 2 π
geschrieben werden. Auf das Elektron in der Schleife wirkt also während der Zeit ∆t
ein Kraftstoß F · ∆t = eE∆t, der eine Impulsänderung m e ∆v = eE∆t hervorruft, die
nach obiger Gleichung die Geschwindigkeitsänderung
∆v = − Ber
= γBr
2me bewirkt. Es resultiert eine Umlauffrequenzänderung
∆ω = ∆v
r = γB = ω L .
Die Ladung kreist schneller oder langsamer.