گشتاور مغناطیسی

گشتاور مغناطیسی یک آهن ربا معیاری از تمایل آن به هم خط شدن با یک میدان مغناطیسی است. هم میدان مغناطیسی و هم گشتاور مغناطیسی را می توان بردارهایی در نظر گرفت که دارای اندازه و جهت هستند. جهت گشتاور مغناطیسی از قطب جنوب آهن ربا به قطب شمال آن است. میدان مغناطیسی تولید شده به وسیلهٔ یک آهن ربا با گشتاور مغناطیسی آن متناسب است. برای نمونه، یک حلقهٔ حامل جریان الکتریکی، یک آهن ربای میله ای، یک الکترون، یک مولکول، و یک سیّاره همگی دارای گشتاور مغناطیسی هستند. به بیان دقیق تر، واژهٔ گشتاور مغناطیسی معمولاً به گشتاور دو قطبی مغناطیسی سیستم، که نخستین جمله از بسط چندجمله ای یک میدان مغناطیسی عمومی است، اشاره دارد. جزء دو قطبی میدان مغناطیسی یک جسم، حول جهت گشتاور دو قطبی مغناطیسی آن جسم متقارن است، و متناسب با معکوس توان ۳ فاصله از آن جسم کاهش می یابد.
در سیستم استاندارد بین المللی یکاها، بعد گشتاور دو قطبی مغناطیسی برابر مساحت × جریان، L2I، است ( مثال های زیر را ببینید ) . این پایه ای برای تعریف گشتاور دو قطبی مغناطیسی است. واحد SI برای گشتاور دو قطبی مغناطیسی دارای دو نمایش معادل است:
در سیستم CGS، چند مجموعهٔ مختلف واحدهای الکترومغناطیسی وجود دارد، که اصلی ترین آن ها ESU, Gaussian، و EMU هستند. در بین این ها، دو واحد مختلف ( غیر معادل ) برای گشتاور دو قطبی مغناطیسی در CGS وجود دارند:
و واحد دیگر ( که متداول تر است ) : ( EMU CGS and Gaussian - CGS ) ۱ ارگ ( یکا ) /G = ۱ abA•cm² = ۱۰−۳ ( m۲•A or J/T ) . نسبت این دو واحد غیر معادل CGS ( EMU/ESU ) دقیقاً برابر سرعت نور در فضای آزاد است که بر حسب cm/s بیان شده باشد. همهٔ فرمول های این مقاله در واحد SI درست هستند، اما در سیستم های واحدی دیگر، ممکن است لازم باشد که فرمول ها تغییر داده شوند. برای نمونه، در واحدهای SI، یک حلقهٔ دارای جریان I و مساحت A دارای گشتاور مغناطیسی I×A است؛ اما در واحدهای Gaussian گشتاور مغناطیسی برابر I×A/c است.
اساساً گشتاور مغناطیسی هر سیستم می تواند از دو منبع ناشی شود: ۱ ) حرکت بارهای الکتریکی، مانند جریان های الکتریکی، و ۲ ) مغناطیسی بودن ذاتی ذرات پایه ای، مانند الکترون ها سهم منابعی از نوع نخست را می توان با دانستن توزیع همهٔ جریان ها ( یا، به طور معادل، همهٔ بارهای الکتریکی و سرعت های آنها ) در درون سیستم، با استفاده از فرمول های ذیل به دست آورد. از طرف دیگر، اندازهٔ گشتاور مغناطیسی ذاتی هر ذرهٔ پایه، عددی ثابت است که معمولاً به صورت تجربی و با دقت بالا اندازه گیری می شود. برای نمونه، گشتاور مغناطیسی هر الکترون بر طبق اندازه گیری برابر با - ۹٫۲۸۴۷۶۴×۱۰–۲۴ J/T است. جهت گشتاور مغناطیسی هر ذرّهٔ پایه کاملاً با جهت چرخش آن ذره به دور خود تعیین می شود ( علامت منفی مقدار ذکر شده، نشان می دهد که گشتاور مغناطیسی هر الکترون، ضدّ موازی چرخش آن به دور خود است ) . گشتاور مغناطیسی خالص هر سیستم، جمع برداری سهم های یکی از/هر دو نوع منابع است. برای مثال، گشتاور مغناطیسی یک اتم هیدروژن - ۱ ( سبک ترین ایزوتوپ هیدروژن، که از یک پروتون و یک الکترون تشکیل شده است ) برابر جمع برداری این اجزا است: ۱ ) گشتاور ذاتی الکترون، ۲ ) حرکت اوربیتی الکترون حول پروتون، و ۳ ) گشتاور ذاتی پروتون. به شیوه ای مشابه، گشتاور مغناطیسی یک آهن ربای میله ای برابر جمع گشتاورهای مغناطیسی ذاتی و اوربیتی الکترون های "مجزاً ی مادهٔ مغناطیسی است.