磁铁为什么会有磁性 磁性的本质
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磁铁的奥秘:隐形的力量磁铁是我们日常生活中常见的物品之一,它具有吸引铁物的特性,但是这种吸引力又是如何产生的呢?磁铁背后隐藏着怎样的奥秘?本文将揭示磁铁的奥秘,探索它背后的隐形力量。
一、磁铁的基本原理磁铁的奥秘源于其内部的微观结构。
磁铁由许多微小的磁性颗粒组成,这些颗粒被称为磁性原子。
每个磁性原子都有一个微小的磁矩,它是由电子的自旋和轨道运动产生的。
当这些磁性原子排列有序时,就形成了磁铁的磁场。
磁铁的磁场是由磁力线组成的,磁力线从磁铁的南极流向北极。
当两个磁铁靠近时,它们的磁力线会相互作用,产生吸引或排斥的力。
这种力被称为磁力,它是磁铁的隐形力量。
二、磁铁的吸引力和排斥力磁铁的吸引力和排斥力是磁力的两种表现形式。
当两个磁铁的南极和北极相接触时,它们会产生吸引力,将彼此吸引在一起。
这是因为磁力线从南极流向北极,当两个磁铁的南极和北极相接触时,磁力线会形成一个闭合的磁回路,从而产生吸引力。
相反,当两个磁铁的南极和南极、北极和北极相接触时,它们会产生排斥力,将彼此推开。
这是因为磁力线不能形成闭合的磁回路,而是相互抵消,从而产生排斥力。
三、磁铁的磁场磁铁的磁场是磁力的载体,它是磁力线的分布情况。
磁铁的磁场是三维空间中的一个矢量场,它的方向和大小可以用磁力线的方向和密度来表示。
磁铁的磁场是非常强大的,它可以穿透空气、水和一些非磁性物质。
当一个磁铁靠近一个铁物体时,磁力线会穿透铁物体,将其吸引在一起。
这是因为铁物体内部的原子也具有磁性,当磁力线穿透铁物体时,它们会受到磁力的作用,从而被吸引在一起。
四、磁铁的应用磁铁的奥秘不仅仅是理论上的探索,它还有着广泛的应用。
磁铁被广泛应用于电机、发电机、电磁铁等设备中,它们利用磁铁的磁场产生电流或者利用电流产生磁场,从而实现能量的转换和控制。
此外,磁铁还被用于制作各种吸附器具,如吸铁石、磁性钩子等。
这些吸附器具利用磁铁的吸引力将物体固定在一起,方便我们的生活和工作。
总结:磁铁的奥秘在于其内部的微观结构和磁场的相互作用。
磁铁会有磁性是什么原因造成的(2)影响磁铁磁性的因素强力磁铁在使用的时候,它地对工作环境是特别很是挑剔的,强力磁铁的场地是肯定要打扫的特别很是干净的,假如说有任何一点点小沙粒的话都会影响到强力磁铁的工作性能,那么不仅仅是如许,它的生存环境也是很分外的,不然会导致磁性失效。
首先对于强力磁铁环境温度来说,因为烧结强力磁铁具有负的温度系数(αBr<-0.13%/℃,αHcj<-0.6%/℃),所以使用环境的瞬间最高温度和持续最高温度都会对磁体自己产生不同程度的退磁,包括可逆的和不可逆的、可恢复的和不可恢复的。
还有环境湿度,强力磁铁容易被腐蚀、并且容易氧化的,一般永邦磁业采取外观处理的体例来保护强力磁铁,但并不能从根本上解决环境湿度对磁体的影响。
环境愈干燥,强力磁铁的使用寿命就愈长久。
磁铁遇到高温会退磁的原因磁铁是由许多同向排列的小磁性单元组成的.当温度升高之后,到达一个临界值,热运动的趋势超过了磁力的作用,使这些单元的排列不再有规则,这样,在宏观上看来,它就失去了磁性.磁铁的应用「在传统工业中的应用」:在讲述磁性材料的磁性来源、电磁感应、磁性“器件”时,我们已经提到了有些磁性材料的实际应用。
实际上,磁性材料已经在传统工业的各个方面得到了广泛应用。
例如,如果没有磁性材料,电气化就成为不可能,因为发电要用到发电机、输电要用到变压器、电力机械要用到电动机、电话机、收音机和电视机中要用到扬声器。
众多仪器仪表都要用到磁钢线圈结构。
这些都已经在讲述其它内容时说到了。
「生物界和医学界的磁应用」:信鸽爱好者都知道,如果把鸽子放飞到数百公里以外,它们还会自动归巢。
鸽子为什么有这么好的认家本领呢?原来,鸽子对地球的磁场很敏感,它们可以利用地球磁场的变化找到自己的家。
如果在鸽子的头部绑上一块磁铁,鸽子就会迷航。
如果鸽子飞过无线电发射塔,强大的电磁波干扰也会使它们迷失方向。
在医学上,利用核磁共振可以诊断人体异常组织,判断疾病,这就是我们比较熟悉的核磁共振成像技术,其基本原理如下:原子核带有正电,并进行自旋运动。
磁铁的三种原理
在物理学中,磁铁有三种原理:
1. 磁场原理:磁铁能够产生磁场,磁场的大小和方向由磁铁的性质决定。
磁铁中的电子在运动时会产生磁场,而且磁铁中的分子也会产生微小的磁场。
磁铁的磁场可以通过磁力线表示,磁力线是从磁铁南极到北极的一条有方向的线。
2. 磁性原理:磁铁具有磁性,这种磁性是由于磁铁中的电子自旋和轨道运动产生的。
磁铁中的电子自旋和轨道运动会使得磁铁中的电子在空间中排列成一个有序的结构,从而产生磁性。
磁性可以通过磁石吸附金属物体的能力来观察。
3. 磁化原理:磁铁可以被磁化,这意味着磁铁可以被外部磁场所影响,从而磁铁的磁性方向发生变化。
磁化可以使磁铁的磁性增强或减弱,磁化的过程可以通过将磁铁放置在外部磁场中或通过电流的作用来实现。
这三种原理是磁铁的基本性质,它们对于磁铁的应用具有重要意义。
磁铁广泛应用于电动机、磁选机、磁共振成像、磁力吸附等领域。
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磁铁的磁性磁铁的磁场产生与性质磁铁的磁性与磁场产生与性质磁铁是一种产生磁场并吸引铁、镍、钴等物质的物体。
磁铁具有磁性,能够产生磁场,并且磁场的强弱与方向会影响磁铁的性质和应用。
本文将探讨磁铁的磁性、磁场产生方式以及磁铁的性质。
一、磁铁的磁性磁铁的磁性是指其具有产生磁场和吸引铁磁性物质的特性。
磁性可以分为自然磁性和人工磁性两种。
1. 自然磁性自然磁性是指一些特定的岩石和矿物具有磁性的属性,如磁铁矿石。
自然磁性物质不需要经过人工处理即可产生磁场,并且能够吸引铁、镍、钴等物质。
2. 人工磁性人工磁性是指通过人工方法处理某些物质,使其具有磁性。
最常见的人工磁性物质就是常见的磁铁。
磁铁由铁、镍、钴等物质制成,在制备过程中通过特殊工艺处理,使其分子排列呈现磁性状态。
二、磁场的产生磁场是指磁铁周围的区域内存在的磁力作用,是由磁铁产生的。
磁场的产生有两种方式:1. 磁铁自身磁场产生磁铁自身具有磁性,当磁铁没有施加外力时,其分子内部的磁性排列呈现一个整体的磁场。
这一磁场是由磁铁本身的分子构成产生的。
2. 外界磁场产生除了磁铁自身产生磁场外,外界也可以施加磁场,使得磁铁受到影响而产生磁场。
这种方式常见于使用电流通过线圈制造的磁场,通过电磁感应的原理,产生的磁场可以在磁铁附近形成。
三、磁铁的性质磁铁具有一些特殊的性质,其表现在吸引物质和磁场导向两个方面:1. 吸引物质磁铁具有吸引铁、镍、钴等物质的特性。
当这些物质靠近磁铁时,会受到磁力的作用而被吸引。
这是因为磁铁产生的磁场对这些物质具有引力作用,使其靠近磁铁。
2. 磁场导向磁铁的磁场具有方向性,有一个南极和一个北极。
南极和北极之间的磁力线从南极指向北极,形成一个封闭的磁力通路。
当其他磁铁或铁磁物质靠近磁铁时,它们会受到磁力线的导向作用,从而对其产生吸引力或排斥力。
总结:磁铁具有磁性和能产生磁场的特性。
磁铁的磁性主要包括自然磁性和人工磁性。
磁铁的磁场可以由磁铁自身产生,也可以由外界施加的磁场造成。
磁铁的磁性原理磁性是物质的一种基本性质,其中磁铁作为最常见的磁性物质之一,其磁性原理一直以来都是广大科学家所关注的研究领域。
本文将对磁铁的磁性原理进行探讨,从磁铁的组成、磁场的生成以及磁铁的磁化等方面进行论述。
一、磁铁的组成磁铁通常由铁、镍、钴等金属或合金组成。
在这些金属中,存在着一种特殊的电子结构,即存在一个或多个未配对的电子。
这些未配对的电子在原子内部形成一个小的电流环,从而形成了微观上的磁场。
当大量的这种微观磁场相互作用时,就形成了宏观上的磁场,表现出磁性。
二、磁场的生成在磁铁中,磁场是由磁矩产生的。
磁矩是一个物体所具有的磁性量度,其方向和大小决定了磁场的特性。
磁铁中的原子或分子具有自旋和轨道磁矩,它们在外部磁场的作用下会对齐,形成一个整体的磁矩。
根据磁矩的方向和大小,磁场可以分为两种类型:顺磁性和铁磁性。
其中,顺磁性是指磁矩和外部磁场方向相同,而铁磁性是指磁矩和外部磁场方向相反。
在顺磁性材料中,磁矩的大小与外部磁场强度成正比;而在铁磁性材料中,磁矩的大小和外部磁场强度成非线性关系。
三、磁铁的磁化磁铁在磁场作用下可以自发地获得磁性,这个过程称为磁化。
磁化可以分为临界磁化和饱和磁化两个阶段。
临界磁化是指磁铁在磁场的作用下,原本无磁性的物质开始表现出微弱的磁性。
在这个阶段中,磁矩的方向开始部分定向,但尚未完全对齐。
饱和磁化是指磁铁在磁场不断增强的作用下,磁矩逐渐对齐,直到全部都指向同一方向,此时磁铁达到了饱和磁化状态。
饱和磁化的磁铁具有最强的磁性,其磁场强度也最大。
四、磁铁的磁性保持磁铁具有一定的磁性保持能力,即使在没有外部磁场的情况下,磁铁仍然能够保持一定的磁性。
这是因为磁铁中存在着一种特殊的结构,称为磁畴。
磁畴是由一组具有相同磁向的磁区组成的。
在没有外部磁场的情况下,磁铁的磁畴是杂乱无序的,磁矩的方向不一致,从而磁场相互抵消,使磁性减弱。
但当外部磁场作用于磁铁时,磁畴开始重新排列,磁矩得以重新对齐,从而恢复了磁性。
磁铁的科学原理磁铁是一种能够吸引铁、镍、钴等物质的物品。
它拥有强大的磁性,可以产生磁场,具有吸引和排斥其他磁性物体的能力。
磁铁的科学原理是基于电磁学的知识,涉及到电流、电磁感应和磁性材料的特性等多个方面。
磁铁的原理与电流有关。
根据安培环路定理,电流在导体周围会产生磁场。
当电流通过磁铁内的导线时,电子在导线中的运动会形成环绕磁铁的磁场。
这个磁场由电流的方向和大小决定,形成了磁铁的磁性。
磁铁的原理与电磁感应有关。
根据法拉第电磁感应定律,磁场的变化会在导体中产生感应电流。
当一个磁铁靠近导体时,磁铁的磁场会改变导体中的电子运动方式,导致感应电流的产生。
这个感应电流又会产生自己的磁场,与磁铁的磁场相互作用,使得磁铁和导体发生相互作用。
磁铁的原理还与磁性材料的特性有关。
磁铁通常采用铁、镍、钴等具有磁性的材料制成。
这些材料中的原子具有自旋和轨道运动,形成微观电流环路,产生微观磁场。
当大量这样的微观电流环路在磁铁中形成时,它们的磁场相互作用叠加,形成了磁铁的整体磁场。
磁铁的磁性可以表现为吸引和排斥其他磁性物体。
当两个磁铁相互靠近时,它们的磁场相互作用,会产生吸引或排斥的力。
如果两个磁铁的磁场方向相同,它们会互相吸引,反之则会互相排斥。
这是因为磁铁的磁场会对其他磁性物体的磁场产生作用力,使得它们相互作用。
磁铁也可以将其他物质磁化。
当一个非磁性物质靠近磁铁时,磁铁的磁场会影响到这个物质中的原子或分子,使得它们的微观电流环路重新排列,形成一个整体的磁场。
这样,原本非磁性的物质就被磁化了。
除了吸引和磁化物质,磁铁还可以产生磁场。
磁场是一种特殊的物理场,可以通过磁铁的磁性表现出来。
磁铁的磁场可以传递能量和信息,对于电磁感应、电磁波传播等许多现象都起到重要作用。
磁铁的科学原理涉及到电流、电磁感应和磁性材料的特性等多个方面。
它可以通过电流产生磁场,通过磁场与其他磁性物体相互作用,表现出吸引和排斥的特性。
同时,磁铁也可以磁化其他物质,并产生磁场。
为什么磁铁会吸引铁物解释磁铁的磁性原理为什么磁铁会吸引铁物:解释磁铁的磁性原理磁铁是人们常见的实用物品之一,它不仅能够吸引铁物,还具备许多其他应用。
那么,为什么磁铁会产生磁性呢?这涉及到磁性的原理和磁铁的构造。
一、磁性原理要理解磁性原理,我们需要先介绍磁场概念。
磁场是一种特殊的力场,它是由运动电荷所产生的,具备方向和强弱。
磁铁之所以能够吸引铁物,是因为它产生了一个磁场。
磁场与磁力息息相关,磁力是磁场作用在物体上的力。
在磁铁中,存在着一种特殊的物质,被称为磁石。
磁石具备磁性,它能够产生磁场。
磁力的大小与磁场的强度密切相关,磁力的方向则由磁场的方向决定。
在磁石中,存在着许多微小的磁矩。
磁矩是一种特殊的物理量,它代表了物体的磁性。
每一个微小的磁矩都具备一个南极和一个北极,它们之间存在着磁场。
当磁石中的磁矩排列有序时,就会形成一个整体的磁场。
这个磁场会对周围的物体产生作用,从而使物体受到磁力的吸引。
二、磁铁的构造磁铁通常由一种特殊的金属合金——铁氧体制成。
铁氧体是一种含有氧化铁的合金,它具备良好的磁性。
磁铁的制作过程需要通过高温处理,将铁氧体加工成所需的形状。
经过处理后的磁铁能够保持强大的磁性。
在磁铁中,铁氧体的微观结构呈现出一种特殊的排列方式。
这种排列方式能够使磁铁形成一个强大又有序的磁场。
当磁铁靠近铁物时,它的磁场会影响铁物内部的磁矩,使得铁物的磁矩重新排列。
这种新排列会使得铁物具备一定的磁性,从而与磁铁产生相互作用,即被吸引。
除了铁氧体磁铁,人们还广泛使用其他类型的磁铁,比如钕铁硼磁铁和永磁磁铁。
它们都具备良好的磁性,并广泛应用于各个领域。
三、磁铁的应用磁铁的磁性原理不仅仅是科学原理,更是实用的工具。
磁铁的吸附作用让我们能够轻松地拾起铁物,不论是小件的螺丝钉还是大块的铁片。
这种特性使得磁铁成为了生活中不可或缺的物品之一。
此外,磁铁还被广泛应用于科技领域。
在电动机、发电机和变压器等设备中,磁铁的磁性能够转化为电能,实现能量变换。
磁铁为什么是有磁性的原理磁铁之所以具有磁性,是因为其内部的微观结构和电子运动导致了磁性的产生。
下面将详细解释磁铁磁性的原理。
首先,需要介绍一下磁铁中的磁性原子和电子结构。
磁铁通常由铁(Fe)等金属元素制成,而铁元素是具有磁性的元素。
每个铁原子内部包含了多个电子,这些电子绕着原子核旋转,并且具有自旋和轨道运动。
铁原子的内部有多个轨道,每个轨道都可以容纳一对电子,这对电子在轨道上的自旋方向相反。
根据泡利的排斥原理,两个电子不可能有相同的自旋方向和量子态。
这种自旋方向相反的电子对称分布在铁原子的不同轨道上,导致了铁原子总的自旋方向的非零,从而形成一个微观的磁矩。
此外,铁原子还有非零的轨道磁矩。
轨道磁矩是由于电子在轨道上运动而产生的。
电子的轨道运动会形成一个闭合的电流回路,从而产生磁场。
因此,铁原子的轨道磁矩也会对整体的磁性做出贡献。
当这些铁原子集合在一起形成磁铁时,它们的磁矩会相互影响,从而产生了一个总的磁矩。
具体来说,当铁原子之间的磁矩方向相互排列时,可以形成一个长程有序的磁性结构,这个结构就是磁铁的磁畴。
在磁畴内部,每个原子的磁矩方向基本相同,而在不同的磁畴之间,磁矩的方向有所变化。
这种磁畴的排列形成了磁铁的磁化区域。
在磁化区域内,磁铁就会表现出宏观的磁性。
这是因为磁铁磁畴的磁矩相互作用形成了磁场,这个磁场会传递到周围的空间,并且对其它物体产生一定的作用力。
我们通常所说的磁力就是这种作用力的表现。
磁铁在磁场中也能相互影响,比如吸附一些金属物体。
这是因为磁场会对在其中的电荷和电子产生力的作用。
磁铁中的电子也会受到磁场力的影响,从而改变它们的运动轨道。
这种改变又会影响电子自旋的方向,从而改变磁铁的磁矩。
这就是为什么磁铁在外界磁场中会发生磁化的原因。
总之,磁铁具有磁性是由于其中的磁性原子的微观结构和电子运动引起的。
铁原子的自旋和轨道磁矩相互作用形成了总的磁矩,而这些磁矩相互作用形成了磁性结构,即磁铁的磁畴。
磁铁为什么会有磁性磁性的本质一、物质磁性的起源如果磁是电磁以太涡旋,一个磁铁,没看到任何电磁以太的涡旋,为什么会有磁性?我们的回答是:物质的磁性起源于原子中电子的运动,电子的运动会产生一个电磁以太的涡旋。
早在1820年,丹麦科学家奥斯特就发现了电流的磁效应,第一次揭示了磁与电存在着联系,从而把电学和磁学联系起来。
为了解释永磁和磁化现象,安培提出了分子电流假说。
安培认为,任何物质的分子中都存在着环形电流,称为分子电流,而分子电流相当一个基元磁体。
当物质在宏观上不存在磁性时,这些分子电流做的取向是无规则的,它们对外界所产生的磁效应互相抵消,故使整个物体不显磁性。
在外磁场作用下,等效于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场方向取向,而使物体显示磁性。
磁现象和电现象有本质的联系。
物质的磁性和电子的运动结构有着密切的关系。
乌伦贝克与哥德斯密特最先提出的电子自旋概念,是把电子看成一个带电的小球,他们认为,与地球绕太阳的运动相似,电子一方面绕原子核运转,相应有轨道角动量和轨道磁矩,另一方面又绕本身轴线自转,具有自旋角动量和相应的自旋磁矩。
施特恩-盖拉赫从银原子射线实验中所测得的磁矩正是这自旋磁矩。
(现在人们认为把电子自旋看成是小球绕本身轴线的转动是不正确的。
)电子绕原子核作圆轨道运转和绕本身的自旋运动都会产生电磁以太的涡旋而形成磁性,人们常用磁矩来描述磁性。
因此电子具有磁矩,电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。
在晶体中,电子的轨道磁矩受晶格的作用,其方向是变化的,不能形成一个联合磁矩,对外没有磁性作用。
因此,物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起,而是主要由自旋磁矩引起。
每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。
是原子磁矩的单位,。
因为原子核比电子重2000倍左右,其运动速度仅为电子速度的几千分之一,故原子核的磁矩仅为电子的千分之几,可以忽略不计。
孤立原子的磁矩决定于原子的结构。
原子中如果有未被填满的电子壳层,其电子的自旋磁矩未被抵消,原子就具有“永久磁矩”。
磁铁的磁力原理磁铁是一种能够产生磁场并吸引或排斥其他磁性物质的物体。
它的磁力原理可以通过以下几个方面来解释:1. 原子磁矩:磁铁的磁力原理最基本的解释是原子磁矩的存在。
原子是构成物质的最基本单位,每个原子都有一个微小的磁性,称为原子磁矩。
原子磁矩可以通过原子核和电子之间的相互作用来产生,这种相互作用是由电子的自旋和轨道磁矩所贡献的。
每个原子磁矩都有两个方向,即北极和南极。
2. 磁域和自旋:原子磁矩的相互作用会导致磁性物质形成一种特殊的结构,称为磁域。
在没有外部磁场作用时,磁性物质中的磁域是随机排列的。
但是当外部磁场作用于磁性物质时,磁域会重新排列,使得磁性物质产生整体的磁化。
磁域的重新排列过程可以通过自旋相互作用来解释,即磁性物质中的自旋会受到外部磁场的影响而调整。
3. 引力和斥力:磁铁的磁力原理还可以通过磁铁之间的相互作用来解释。
根据物理学基本原理,同性相斥,异性相吸。
当两个磁铁靠近时,磁铁之间会产生互相引力或斥力,这是由于磁铁产生的磁场相互作用所导致的。
具体来说,当两个北极或两个南极相对时,它们之间会产生斥力,而当一个北极和一个南极相对时,它们之间会产生引力。
4. 磁场线:磁力的传递和产生离不开磁场线的概念。
磁场线是用来表示磁场强度和方向的一种图示方法。
在磁铁周围,磁场线从磁铁的南极出发,经过磁铁周围空间,再进入磁铁的北极。
这种磁场线的形成是由于磁铁中磁场的存在和原子磁矩的相互作用所决定的。
综上所述,磁铁的磁力原理可以通过原子磁矩、磁域和自旋、引力和斥力以及磁场线等多个方面来解释。
这些解释揭示了磁铁内部微观结构的运动和状态,并且阐述了磁铁之间磁力的产生和传递的基本原理。
磁铁的磁力原理不仅在科学研究中具有重要意义,同时也应用于众多领域,例如电磁感应、电动机、磁存储等。
磁铁为什么会有磁性磁性的本质一、物质磁性的起源如果磁是电磁以太涡旋,一个磁铁,没看到任何电磁以太的涡旋,为什么会有磁性?我们的回答是:物质的磁性起源于原子中电子的运动,电子的运动会产生一个电磁以太的涡旋。
早在1820年,丹麦科学家奥斯特就发现了电流的磁效应,第一次揭示了磁与电存在着联系,从而把电学和磁学联系起来。
为了解释永磁和磁化现象,安培提出了分子电流假说。
安培认为,任何物质的分子中都存在着环形电流,称为分子电流,而分子电流相当一个基元磁体。
当物质在宏观上不存在磁性时,这些分子电流做的取向是无规则的,它们对外界所产生的磁效应互相抵消,故使整个物体不显磁性。
在外磁场作用下,等效于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场方向取向,而使物体显示磁性。
磁现象和电现象有本质的联系。
物质的磁性和电子的运动结构有着密切的关系。
乌伦贝克与哥德斯密特最先提出的电子自旋概念,是把电子看成一个带电的小球,他们认为,与地球绕太阳的运动相似,电子一方面绕原子核运转,相应有轨道角动量和轨道磁矩,另一方面又绕本身轴线自转,具有自旋角动量和相应的自旋磁矩。
施特恩-盖拉赫从银原子射线实验中所测得的磁矩正是这自旋磁矩。
(现在人们认为把电子自旋看成是小球绕本身轴线的转动是不正确的。
)电子绕原子核作圆轨道运转和绕本身的自旋运动都会产生电磁以太的涡旋而形成磁性,人们常用磁矩来描述磁性。
因此电子具有磁矩,电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。
在晶体中,电子的轨道磁矩受晶格的作用,其方向是变化的,不能形成一个联合磁矩,对外没有磁性作用。
因此,物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起,而是主要由自旋磁矩引起。
每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。
是原子磁矩的单位,。
因为原子核比电子重2000倍左右,其运动速度仅为电子速度的几千分之一,故原子核的磁矩仅为电子的千分之几,可以忽略不计。
孤立原子的磁矩决定于原子的结构。
原子中如果有未被填满的电子壳层,其电子的自旋磁矩未被抵消,原子就具有“永久磁矩”。
例如,铁原子的原子序数为26,共有26个电子,在5个轨道中除了有一条轨道必须填入2个电子(自旋反平行)外,其余4个轨道均只有一个电子,且这些电子的自旋方向平行,由此总的电子自旋磁矩为4 。
二、物质磁性的分类1、抗磁性当磁化强度M为负时,固体表现为抗磁性。
Bi、Cu、Ag、Au等金属具有这种性质。
在外磁场中,这类磁化了的介质内部的磁感应强度小于真空中的磁感应强度M。
抗磁性物质的原子(离子)的磁矩应为零,即不存在永久磁矩。
当抗磁性物质放入外磁场中,外磁场使电子轨道改变,感生一个与外磁场方向相反的磁矩,表现为抗磁性。
所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态的变化。
抗磁性物质的抗磁性一般很微弱,磁化率H一般约为-10-5,为负值。
2、顺磁性顺磁性物质的主要特征是,不论外加磁场是否存在,原子内部存在永久磁矩。
但在无外加磁场时,由于顺磁物质的原子做无规则的热振动,宏观看来,没有磁性;在外加磁场作用下,每个原子磁矩比较规则地取向,物质显示极弱的磁性。
磁化强度与外磁场方向一致,为正,而且严格地与外磁场H成正比。
顺磁性物质的磁性除了与H有关外,还依赖于温度。
其磁化率H与绝对温度T成反比。
式中,C称为居里常数,取决于顺磁物质的磁化强度和磁矩大小。
顺磁性物质的磁化率一般也很小,室温下H约为10-5。
一般含有奇数个电子的原子或分子,电子未填满壳层的原子或离子,如过渡元素、稀土元素、钢系元素,还有铝铂等金属,都属于顺磁物质。
3、铁磁性对诸如Fe、Co、Ni等物质,在室温下磁化率可达10-3数量级,称这类物质的磁性为铁磁性。
铁磁性物质即使在较弱的磁场内,也可得到极高的磁化强度,而且当外磁场移去后,仍可保留极强的磁性。
其磁化率为正值,但当外场增大时,由于磁化强度迅速达到饱和,其H变小。
铁磁性物质具有很强的磁性,主要起因于它们具有很强的内部交换场。
铁磁物质的交换能为正值,而且较大,使得相邻原子的磁矩平行取向(相应于稳定状态),在物质内部形成许多小区域——磁畴。
每个磁畴大约有1015个原子。
这些原子的磁矩沿同一方向排列,假设晶体内部存在很强的称为“分子场”的内场,“分子场”足以使每个磁畴自动磁化达饱和状态。
这种自生的磁化强度叫自发磁化强度。
由于它的存在,铁磁物质能在弱磁场下强列地磁化。
因此自发磁化是铁磁物质的基本特征,也是铁磁物质和顺磁物质的区别所在。
铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来,超过这一温度,由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向,因而自发磁化强度变为0,铁磁性消失。
这一温度称为居里点。
在居里点以上,材料表现为强顺磁性,其磁化率与温度的关系服从居里——外斯定律,式中C为居里常数。
4、反铁磁性反铁磁性是指由于电子自旋反向平行排列。
在同一子晶格中有自发磁化强度,电子磁矩是同向排列的;在不同子晶格中,电子磁矩反向排列。
两个子晶格中自发磁化强度大小相同,方向相反,整个晶体。
反铁磁性物质大都是非金属化合物,如MnO。
不论在什么温度下,都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象,因此其宏观特性是顺磁性的,M与H处于同一方向,磁化率为正值。
温度很高时,极小;温度降低,逐渐增大。
在一定温度时,达最大值。
称为反铁磁性物质的居里点或尼尔点。
对尼尔点存在的解释是:在极低温度下,由于相邻原子的自旋完全反向,其磁矩几乎完全抵消,故磁化率几乎接近于0。
当温度上升时,使自旋反向的作用减弱,增加。
当温度升至尼尔点以上时,热骚动的影响较大,此时反铁磁体与顺磁体有相同的磁化行为。
三、电子轨道磁矩与轨道角动量的关系设轨道半径为r (圆轨道)、电子速率为v则轨道电流I:电子的轨道磁矩对处于氢原子基态的电子,电子的轨道角动量(圆轨道)L = mvr式中m 为电子质量由于电子带负电,电子轨道磁矩与轨道角动量的关系是:(此式虽由圆轨道得出,但与量子力学的结论相同)在这里要特别强调指出的是:电子轨道磁矩与轨道角动量成正比。
四、电子自旋磁矩与自旋角动量的关系实验证明:电子有自旋(内禀)运动,相应有自旋磁矩大小为自旋磁矩和自旋角动量 S 的关系:在这里又要特别强调指出的是:电子自旋磁矩又与自旋角动量成正比。
磁矩与角动量成正比不是偶然的。
因为电子的角动量越大,它所带动的电磁以太涡旋的角动量也越大,磁矩当然也就越大了。
这也就从另一个侧面印证了磁是以太的涡旋。
磁畴磁畴(Magnetic Domain)理论是用量子理论从微观上说明铁磁质的磁化机理。
所谓磁畴,是指磁性材料内部的一个个小区域,每个区域内部包含大量原子,这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列,但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同,如图所示。
各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。
宏观物体一般总是具有很多磁畴,这样,磁畴的磁矩方向各不相同,结果相互抵消,矢量和为零,整个物体的磁矩为零,它也就不能吸引其它磁性材料。
也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。
只有当磁性材料被磁化以后,它才能对外显示出磁性。
在中学物理教科书中,目前课程改革试验区(山东、江苏、海南、宁夏、广东等)使用的人教版《普通高中课程标准实验教科书.物理》采用了磁畴理论,而现在大部分地区使用的人教版教材《全日制普通高级中学教科书.物理》中在解释磁化原理是用的是安培的分子电流假说。
在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合”作用,在无外磁场的情况下,它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域,称为磁畴。
在未经磁化的铁磁质中,虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向,有很大的磁性,但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。
如图所示。
当铁磁质处于外磁场中时,那些自发磁化方向和外磁场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场的增大而扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向。
另一些自发磁化方向和外磁场方向成大角度的磁畴其体积则逐渐缩小,这时铁磁质对外呈现宏观磁性。
当外磁场增大时,上述效应相应增大,直到所有磁畴都沿外磁场排列达到饱和。
由于在每个磁畴中个单元磁矩已排列整齐,因此具有很强性质:在居里温度以下,铁磁或亚铁磁材料内部存在很多各自具有自发磁矩,且磁矩成对的小区域。
他们排列的方向紊乱,如不加磁场进行磁化,从整体上看,磁矩为零。
这些小区域即称为磁畴。
磁畴之间的界面称为磁畴壁(magnetic domain wall)。
当有外磁场作用时,磁畴内一些磁矩转向外磁场方向,使得与外磁场方向接近一致的总磁矩得到增加,这类磁畴得到成长,而其他磁畴变小,结果是磁化强度增高。
随着外磁场强度的进一步增高,磁化强度增大,但即使磁畴内的磁矩取向一致,成了单一磁畴区,其磁化方向与外磁场方向也不完全一致。
只有当外磁场强度增加到一定程度时,所有磁畴中磁矩的磁化方向才能全部与外磁场方向取向完全一致。
此时,铁磁体就达到磁饱和状态,即成饱和磁化。
一旦达到饱和磁化后,即使磁场减小到零,磁矩也不会回到零,残留下一些磁化效应。
这种残留磁化值称为残余磁感应强度(以符号Br表示)。
饱和磁化值称为饱和磁感应强度(Bs)。
若加上反向磁场,使剩余磁感应强度回到零,则此时的磁场强度称为矫顽磁场强度或矫顽力(Hc)。
从物质的原子结构观点来看,磁铁质内电子间因自旋引起的相互作用是非常强烈的,在这种作用下,铁磁质内部形成了一些微小的自发磁化区域,叫做磁畴。
每一个磁畴中,各个电子的自旋磁矩排列的很整齐,因此它具有很强的磁性。
磁畴的体积约为10^(-12)m^3~10^(-9)m^3,内含约10^17~10^20 个原子。
在没有外磁场时,铁磁质内各个磁畴的排列方向是无序的,所以铁磁质对外不显磁性。
当磁铁质处于外磁铁场中时,各个磁畴的磁矩在外磁场的作用下都趋向于沿外磁场中的磁化程度非常大,它所建立的附加磁场强度B'比外磁场的磁场强度B。
在数值上一般要大几十倍到数千倍,甚至达数万倍。
从实验中得知,铁磁质的磁化和温度有关。
随着温度的升高,它的磁化能力逐渐减小,当温度升高到某一温度时,铁磁性就完全消失,铁磁质退化成顺磁质。
这个温度叫做居里温度或叫居里点。
这是因为铁磁质中自发磁化区域因剧烈的分子热运动而糟破坏,磁畴也就瓦解了,铁磁质的铁磁性消失,过渡到顺磁质,从实验知道,铁的居里温度是1043K,78%坡莫合金的居里温度是873K,45%坡莫合金的居里温度是673K。
磁畴 magnetic domain在居里温度以下,在大块铁磁性或亚铁磁性(见铁氧体)单晶体(或多晶体中的晶粒)中,形成很多小区域,每个区域内的原子磁矩沿特定的方向排列,呈现均匀的自发磁化。
但是在不同的区域内,磁矩的方向不同,使得晶体总的磁化强度为零。
这种自发磁化的小区域称为磁畴。
图1[Si-Fe单晶(001)面的磁畴结构] 是用粉纹法在Si-Fe单晶的(001)面上观察到的磁畴结构。