¿Un campo magnético surge de una carga en movimiento o de su espín, o de ambos?

Por la forma en que hizo su pregunta (especialmente la parte 3), parece que está tratando de comprender cómo se relacionan entre sí los momentos del dipolo magnético y las cargas en movimiento. Pero no lo son. Las cargas en movimiento y los momentos dipolares magnéticos no describen un campo magnético, sino que producen un campo magnético.

En la parte superior de mi cabeza, en realidad puedo pensar en tres formas en que se producen los campos magnéticos:

• Carga eléctrica en movimiento : cada vez que tenga un objeto cargado eléctricamente en movimiento, producirá un campo magnético. Las corrientes eléctricas entran en esta categoría. Esta suele ser la primera forma en que los estudiantes de física aprenden a generar un campo magnético; está descrito por la ley de Ampere (una de las ecuaciones de Maxwell).

• Cambio de campo eléctrico : cada vez que un campo eléctrico cambia en el tiempo, producirá un campo magnético, incluso si no hay corriente alrededor. Esta suele ser la segunda forma en que los estudiantes de física aprenden que se puede generar un campo magnético. También está descrito por la ley de Ampere (técnicamente el término "corrección de Maxwell").

• Multipolos magnéticos estáticos : este es un poco más complicado porque no está descrito por ninguna de las ecuaciones de Maxwell, al menos no directamente.

  Permítanme comenzar con una analogía. Espero que sepas que un objeto cargado produce un campo eléctrico. Pero no es necesario tener una carga neta para producir un campo. Si tomas una carga positiva y una carga negativa de igual magnitud y las pones muy cerca una de la otra, aún obtendrás un campo eléctrico, porque el campo de la carga positiva y el campo de la carga negativa no se cancelan exactamente . unos a otros. Este es un ejemplo de un dipolo eléctrico. Puede pensar en esto como una "fuente secundaria" del campo, que no depende de la cantidad total de carga, sino de cómo se distribuye la carga dentro del objeto.

  Normalmente, cuando la cantidad total de carga es distinta de cero, la distribución de la carga tiene un efecto lo suficientemente pequeño como para que no tengamos que preocuparnos por ella, pero cuando no hay carga neta, la forma en que se distribuye la carga se vuelve importante. Obviamente, para hacer física necesitamos tener una cantidad física que describa la distribución. Este es el momento dipolar eléctrico .

  De hecho, podemos medir el momento dipolar eléctrico de un objeto y usarlo para hacer cálculos útiles incluso si no sabemos nada sobre la distribución de carga, o incluso si no hay distribución de carga en absoluto. En otras palabras, uno podría imaginar que podría haber algún mecanismo físico desconocido, completamente separado de la carga eléctrica, que hace que algún objeto tenga un momento dipolar eléctrico. Por lo tanto, tiene sentido definir un "dipolo eléctrico" como "algo que tiene un momento dipolar eléctrico distinto de cero", ya sea que esa cosa tenga o no una distribución de carga.

  Lo mismo se aplica a los dipolos magnéticos y al momento dipolar magnético . Funciona igual que el momento dipolar eléctrico, excepto que con el campo magnético y la "carga magnética" en lugar del campo eléctrico y la carga eléctrica. El caso es que, por lo que sabemos, no existen objetos cargados magnéticamente (los llamados " monopolos magnéticos "). Por lo tanto, el momento dipolar magnético nunca queda enmascarado por la carga magnética, como suele ocurrir con el momento dipolar eléctrico.

  Al igual que con el dipolo eléctrico, un dipolo magnético de cualquier tipo generará un campo magnético. Un tipo de dipolo magnético es un pequeño bucle de corriente. Si la corriente está formada por cargas físicas que se mueven en círculo, entonces tendrá cierto momento angular. Entonces, una vez que se descubrió que el electrón tiene un momento angular intrínseco (espín), los físicos naturalmente se preguntaron si ese momento angular se debía a que las partículas constituyentes se movían en círculos dentro del electrón. Una forma de probar esta teoría sería medir el momento dipolar magnético del electrón y calcular si corresponde a la predicción del modelo de bucle de corriente. Resulta que no. Así que evidentemente algo más está pasando; el momento dipolar magnético del electrón no se produce simplemente por cargas clásicas que se mueven en un círculo. Él' Es algo intrínseco al electrón. (La electrodinámica cuántica predice correctamente el valor exacto del momento dipolar magnético del electrón, pero no ofrece una imagen física simple).

Al final todo es carga en movimiento.

Para ver que este también es el caso del campo magnético del espín, debe realizar la llamada descomposición de Gordon en la densidad de corriente de carga del electrón según lo definido por la ecuación de Dirac.

ver por ejemplo 18.2 en este capítulo de mi libro:

http://physics-quest.org/Book_Chapter_Gordon_Decomposition.pdf

La descomposición de Gordon de la densidad de corriente de carga del electrón muestra una parte adicional debida al momento magnético del electrón. Esta parte adicional es equivalente a la clásica "corriente de magnetización" dada por:

$j=\nabla\times M$

Donde M es la magnetización del medio. La Figura 18.1 del enlace anterior muestra cómo este es solo el familiar teorema de Stokes en acción. La corriente$j$es una corriente efectiva causada por la magnetización inherente del campo de electrones. Esta es la corriente que es la fuente del campo magnético debido al momento magnético del electrón. Para el teorema de Stokes ver:

http://www.math.umn.edu/~nykamp/m2374/readings/stokesidea/

Saludos, hans

Un campo magnético surge debido a las cargas en movimiento porque cuando las cargas están en movimiento el campo eléctrico cambia continuamente y otra razón es que cuando las cargas están en movimiento se comportan como pequeños imanes y producen un campo magnético perpendicular a su dirección.

Ambos, pero no son los mismos campos magnéticos. Como pista, puede considerar la rotación y la revolución como 'no' dos fenómenos diferentes, pero incluso la revolución es una rotación.