Dopo la scoperta di Orsted, la quale riguardava l'azione magnetica di un filo percorso da corrente, la maggior parte dei fisici avanzò l'ipotesi che il filo si potesse ritenere un magnete; a seguito fu Ampere a proporre un'altra interpretazione. Ampere disse che il magnete si potesse ritenere costituito da un insieme di correnti. Ad es. in un magnete cilindrico esisteva la presenza di un complesso di correnti circolari equiverse, disposte perpendicolarmente all'asse del magnete. La sua scoperta è alla base dello studio della nuova interpretazione dei fenomeni magnetici. La moderna conoscenza della struttura microscopica della materia ci porta a ricondurre le correnti amperiane al moto degli elettroni negli atomi. In un modello simile, per es. nell'atomo di idrogeno, l'elettrone ruota attorno al nucleo con una velocità v costante lungo un percorso circolare. Se r è il raggio dell'orbita, il tempo necessario T a descrivere tale orbita è:
la corrente I associata a questo moto è:
dove e è la carica dell'elettrone. Dal teorema di equivalenza di Ampere, se S è la superficie dell'orbita, il momento magnetico associato a questo moto è:
poichè il momento angolare L dell'elettrone rispetto all'asse di rotazione vale mevr, dove me rappresenta la massa dell'elettrone, il momento magnetico si scriverà:
dove il meno discende dal fatto che la carica dell'elettrone è negativa.
Per descrivere in maniera dettagliata il precedente fenomeno bisogna entrare nell'ambito della meccanica quantistica, in questo ambito possiamo provare che la precedente relazione rimane valida, sebbene il momento angolare può assumere solo valori proporzionali ad una quantità h(tagliato)=h/2π, dove h è detta costante di Planck e vale 6.62x10-34J·s circa; risulta:
e quindi:
Questo momento magnetico della rivoluzione dell'elettrone attorno al nucleo prende il nome di momento magnetico orbitale. Poichè nella maggior parte delle sostanze il momento orbitale di un elettrone si compensa con quello orbitale di un altro elettrone di verso contrario, l'effetto magnetico prodotto dal moto orbitale degli elettroni è nullo o molto piccolo. Un ulteriore contributo al momento magnetico dell'atomo è costituito da una caratteristica dell'elettrone che prende il nome di spin (momento angolare intrinseco di questa particella). Il modulo dello spin S vale h(tagliato)/2π e a questo momento angolare corrisponde un momento magnetico, detto momento magnetico di spin mB, che assume valore:
quindi:
Negli atomi o molecole gli elettroni sono accoppiati tra loro con gli spin in direzioni opposte con la conseguente compensazione dei relativi momenti magnetici; gli atomi con un numero dispari di elettroni o quelli in cui l'accoppiamento con gli spin contrapposti non è favorito energicamente, possono avere uno o più elettroni divisi e un momento magnetico non nullo. In generale il momento magnetico di un atomo è la somma vettoriale dei momenti magnetici orbitali e di spin.
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