Autor de Applet: Curso Física por Ordenador del autor: Profesor Ángel Franco García, de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Eibar, España.
Se calienta una sustancia paramagnética en un horno que emite un haz de átomos hidrogenoides eléctricamente neutros con la misma velocidad v, que siguen una trayectoria rectilínea hasta que se encuentran en una región en la que hay un gradiente de campo magnético. Sobre la placa de observación colocada perpendicularmente al haz observamos dos trazas finas del haz. Estas trazas son simétricas respecto de la dirección incidente, tal como se ve en la figura.
Los resultados del experimento indican que el hecho de que se obtenga dos trazas distintas y simétricas prueba que el momento magnético no puede tomar más que dos orientaciones con respecto al campo magnético B. El momento magnético m del átomo es igual en módulo al magnetón de Bohr mB.
La simulación que se describe en esta página complementa la experiencia de Stern-Gerlach y comprueba que el momento magnético medio de los átomos depositados en la placa es inversamente proporcional a la temperatura absoluta (ley de Curie).
Descripción
La energía de un átomo de momento magnético m en el campo magnético B viene dado por el producto escalar
E=-m·B
- Para los átomos cuyo momento m es paralelo a B vale E1=-μBB
- Para los átomos cuyo momento m es antiparalelo a B vale E2=+μBB
Los átomos pueden estar en uno u otro de los dos niveles de energía E1 y E2. Aplicando la fórmula de la distribución de Boltzmann podemos calcular la proporción de átomos que ocupan cada uno de los dos niveles de energía
Naturalmente, n2=1-n1
n1 es mayor que n2, ya que la exponencial decreciente en el denominador no puede ser mayor que la unidad, ni menor que cero. Por tanto, hay más átomos con el momento paralelo al campo magnético que con el momento magnético apuntando en sentido contrario al campo. La sustancia presenta un momento magnético no nulo.
<m>=n1 mB+n2(-mB)
Como 
es mucho menor que la unidad (por ejemplo,
si B=1 T y la temperatura T=300 K el cociente vale 0.0045. Téngase en
cuenta que mB=9.3 10-24 A m2,
y k=1.38 10-23 J/K), utilizando el desarrollo en serie ex=1+x+...
se obtiene
El momento magnético medio es inversamente proporcional a la temperatura absoluta de la sustancia, el comportamiento de los materiales paramagnéticos.
Información
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