第二講-永保青春的磁學(xué)

1、一、前言一、前言 磁學(xué)是一門(mén)古老的學(xué)科，我國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)磁學(xué)是一門(mén)古老的學(xué)科，我國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期已有磁石的記載和描述。時(shí)期已有磁石的記載和描述。 東漢著名學(xué)者王充東漢著名學(xué)者王充論衡論衡一書(shū)描述的一書(shū)描述的“司南勺司南勺”被公認(rèn)為最早的磁性指南工具。被公認(rèn)為最早的磁性指南工具。 11世紀(jì)北宋科學(xué)家沈括世紀(jì)北宋科學(xué)家沈括夢(mèng)溪筆談夢(mèng)溪筆談中，中，第一次記載了指南針的制作和作用。指南針第一次記載了指南針的制作和作用。指南針是我國(guó)古代四大發(fā)明之一。是我國(guó)古代四大發(fā)明之一?！?方家以磁石磨針?shù)h，則能指南，然常微偏方家以磁石磨針?shù)h，則能指南，然常微偏東，不全南也。東，不全南也?！?西方人最早對(duì)磁現(xiàn)象是西方人

2、最早對(duì)磁現(xiàn)象是13世紀(jì)的世紀(jì)的P.Peregrinus 首首次引進(jìn)了次引進(jìn)了“磁極磁極”的概念，并總結(jié)出的概念，并總結(jié)出“異性相吸，異性相吸，同性相斥同性相斥”特點(diǎn)，比電的對(duì)應(yīng)現(xiàn)象早了四個(gè)多世紀(jì)。特點(diǎn)，比電的對(duì)應(yīng)現(xiàn)象早了四個(gè)多世紀(jì)。 在磁學(xué)發(fā)展的最初階段，只是圍繞磁石和地磁在磁學(xué)發(fā)展的最初階段，只是圍繞磁石和地磁進(jìn)行觀察和研究。進(jìn)行觀察和研究。 它的轉(zhuǎn)機(jī)是它的轉(zhuǎn)機(jī)是1820年年Oersted發(fā)現(xiàn)了電流的磁效發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)和應(yīng)和1831年年Faraday發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象之后，人們才把磁現(xiàn)象在于作為更普遍的自然現(xiàn)象來(lái)研人們才把磁現(xiàn)象在于作為更普遍的自然現(xiàn)象來(lái)研究，并把

3、磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象密切的聯(lián)系起來(lái)。究，并把磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象密切的聯(lián)系起來(lái)。 今天在許多自然科學(xué)和高新技術(shù)中，都涉及到今天在許多自然科學(xué)和高新技術(shù)中，都涉及到廣義磁學(xué)的研究和應(yīng)用，形成了當(dāng)代磁學(xué)廣義磁學(xué)的研究和應(yīng)用，形成了當(dāng)代磁學(xué)一一門(mén)具有生命力的學(xué)科。門(mén)具有生命力的學(xué)科。當(dāng)代磁學(xué)當(dāng)代磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)基礎(chǔ)磁學(xué)材料磁學(xué)材料磁學(xué)應(yīng)用磁學(xué)應(yīng)用磁學(xué)邊緣磁學(xué)邊緣磁學(xué)生物磁學(xué)生物磁學(xué)微觀磁學(xué)微觀磁學(xué)宇觀磁學(xué)宇觀磁學(xué)磁學(xué)的基本物理問(wèn)題磁學(xué)的基本物理問(wèn)題磁性材料的分類(lèi)和多種特性磁性材料的分類(lèi)和多種特性磁性器件和磁技術(shù)的應(yīng)用磁性器件和磁技術(shù)的應(yīng)用（交叉磁學(xué)）（交叉磁學(xué)）原子核磁學(xué)和基本粒子磁學(xué)原子核磁學(xué)和基本粒子磁學(xué)宇宙磁

4、學(xué)宇宙磁學(xué)二、基本磁學(xué)二、基本磁學(xué)0SQd SD0dS SBdtd dmL lEmQmI-dtdIdDL lH1、尋找磁荷、尋找磁荷 在在1931英國(guó)物理學(xué)英國(guó)物理學(xué)家保羅家保羅狄拉克利用數(shù)狄拉克利用數(shù)學(xué)公式預(yù)言磁單極子存學(xué)公式預(yù)言磁單極子存在于攜帶磁場(chǎng)的管（所在于攜帶磁場(chǎng)的管（所謂的狄拉克弦）的末端。謂的狄拉克弦）的末端。 他認(rèn)為既然帶有基本他認(rèn)為既然帶有基本電荷的電子在宇宙中存電荷的電子在宇宙中存在，那么理應(yīng)帶有基本在，那么理應(yīng)帶有基本“磁荷磁荷”的粒子存在，的粒子存在，并證明了并證明了e5 .68mqkg1067. 1mkg102278質(zhì)子mm 科學(xué)家們?cè)ㄟ^(guò)種種方式尋找磁單極子，包括科

5、學(xué)家們?cè)ㄟ^(guò)種種方式尋找磁單極子，包括使用粒子加速器人工制造磁單極子，但均無(wú)收獲。使用粒子加速器人工制造磁單極子，但均無(wú)收獲。 德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)研究中心的研究人員在德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)研究中心的研究人員在德國(guó)德累斯頓大學(xué)、圣安德魯斯大學(xué)、拉普拉塔德國(guó)德累斯頓大學(xué)、圣安德魯斯大學(xué)、拉普拉塔大學(xué)及英國(guó)牛津大學(xué)同事的協(xié)作下，首次觀測(cè)到大學(xué)及英國(guó)牛津大學(xué)同事的協(xié)作下，首次觀測(cè)到了磁單極子的存在，以及這些磁單極子在一種實(shí)了磁單極子的存在，以及這些磁單極子在一種實(shí)際材料中出現(xiàn)的過(guò)程。該研究成果發(fā)表在際材料中出現(xiàn)的過(guò)程。該研究成果發(fā)表在2009年年9月月3日出版的日出版的科學(xué)科學(xué)雜志上。雜志上。 德國(guó)亥姆霍

6、茲聯(lián)合會(huì)研究中心的喬納森德國(guó)亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)研究中心的喬納森莫莫里斯和阿蘭里斯和阿蘭坦南特在柏林研究反應(yīng)堆中進(jìn)行了坦南特在柏林研究反應(yīng)堆中進(jìn)行了一次中子散射實(shí)驗(yàn)一次中子散射實(shí)驗(yàn)。他們研究的材料是一種鈦酸。他們研究的材料是一種鈦酸鏑單晶體，這種材料可結(jié)晶成相當(dāng)顯著的幾何形鏑單晶體，這種材料可結(jié)晶成相當(dāng)顯著的幾何形狀，也被稱(chēng)為燒錄石晶格。在中子散射的幫助下，狀，也被稱(chēng)為燒錄石晶格。在中子散射的幫助下，研究人員證實(shí)研究人員證實(shí)材料內(nèi)部的磁矩已重新組織成所謂材料內(nèi)部的磁矩已重新組織成所謂的的“自旋式意大利面條自旋式意大利面條”，此名得自于偶極子本此名得自于偶極子本身的次序。如此一個(gè)可控的管（弦）網(wǎng)絡(luò)就可

7、通身的次序。如此一個(gè)可控的管（弦）網(wǎng)絡(luò)就可通過(guò)磁通量的傳輸?shù)靡孕纬?，這些弦可通過(guò)與自身過(guò)磁通量的傳輸?shù)靡孕纬桑@些弦可通過(guò)與自身攜帶磁矩的中子進(jìn)行反應(yīng)觀察到，于是中子就可攜帶磁矩的中子進(jìn)行反應(yīng)觀察到，于是中子就可作為逆表示的弦進(jìn)行散射。作為逆表示的弦進(jìn)行散射。 在中子散射測(cè)量過(guò)程中，研究人員對(duì)晶體施加在中子散射測(cè)量過(guò)程中，研究人員對(duì)晶體施加一個(gè)磁場(chǎng)，利用這個(gè)磁場(chǎng)就可影響弦的對(duì)稱(chēng)和方一個(gè)磁場(chǎng)，利用這個(gè)磁場(chǎng)就可影響弦的對(duì)稱(chēng)和方向，從而降低弦網(wǎng)絡(luò)的密度以促成單極子的分離。向，從而降低弦網(wǎng)絡(luò)的密度以促成單極子的分離。結(jié)果，在結(jié)果，在0.6K到到2K溫度條件下，這些弦是可見(jiàn)的，溫度條件下，這些弦是可見(jiàn)的

8、，并在其兩端出現(xiàn)了磁單極子。并在其兩端出現(xiàn)了磁單極子。 研究人員也在熱容量測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了由這些單研究人員也在熱容量測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了由這些單極子組成的氣體的特征。這進(jìn)一步證實(shí)了單極子極子組成的氣體的特征。這進(jìn)一步證實(shí)了單極子的存在，也表明它們和電荷一樣以同樣的方式相的存在，也表明它們和電荷一樣以同樣的方式相互作用?；プ饔?。2、物質(zhì)磁性的研究、物質(zhì)磁性的研究物質(zhì)磁現(xiàn)象是普遍存在和多樣性的物質(zhì)磁現(xiàn)象是普遍存在和多樣性的磁性磁性弱磁性弱磁性強(qiáng)磁性強(qiáng)磁性順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)(邁斯納（邁斯納（Meissner）效應(yīng)）效應(yīng)超導(dǎo)體具有超導(dǎo)體具有將磁場(chǎng)完全排斥在外的抗磁性將磁場(chǎng)完全排斥在外的抗磁性)鐵磁性鐵磁性亞

9、鐵磁性亞鐵磁性序磁性序磁性反鐵磁性反鐵磁性宏觀磁性宏觀磁性微觀磁性微觀磁性介觀磁性介觀磁性 2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)由法國(guó)科學(xué)家阿爾貝費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得格林貝格爾因先后獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng)而分享。1000萬(wàn)瑞典克朗（1美元約合7瑞典克朗）。 巨磁電阻效應(yīng)是指在一定的磁場(chǎng)下電阻急劇變化，變化的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值高10余倍。 利用“巨磁電阻”效應(yīng)在不同的磁化狀態(tài)具有不同電阻值的特點(diǎn)，可以制成隨機(jī)存儲(chǔ)器，由于其具有可在無(wú)電源的情況下繼續(xù)保留信息的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、3等電器必備的存儲(chǔ)元件。 20世紀(jì)90年代，人們?cè)诙喾N納米結(jié)構(gòu)的多層膜中觀察到了顯著的“

10、巨磁電阻”效應(yīng)，巨磁電阻多層膜在高密度讀出磁頭、磁存儲(chǔ)元件上有廣泛的應(yīng)用前景。 1994年，公司研制成“巨磁電阻”效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤(pán)記錄密度一下子提高了17倍，目前已達(dá)到50倍且使硬盤(pán)小型化。 3、磁場(chǎng)的研究、磁場(chǎng)的研究地磁場(chǎng)地磁場(chǎng)磁場(chǎng)（超強(qiáng)磁場(chǎng)）磁場(chǎng)（超強(qiáng)磁場(chǎng)）生物磁場(chǎng)生物磁場(chǎng) 超強(qiáng)磁場(chǎng)是指采用超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生的超強(qiáng)磁場(chǎng)是指采用超導(dǎo)技術(shù)產(chǎn)生的5 T以上的磁以上的磁場(chǎng)，同時(shí)也包括采用脈沖技術(shù)、或者混合磁體技場(chǎng)，同時(shí)也包括采用脈沖技術(shù)、或者混合磁體技術(shù)或者超高功率電磁鐵技術(shù)產(chǎn)生的超高強(qiáng)磁場(chǎng)，術(shù)或者超高功率電磁鐵技術(shù)產(chǎn)生的超高強(qiáng)磁場(chǎng)，也不排除探討宇宙中黑洞產(chǎn)生的也不排除探討宇宙中黑洞產(chǎn)生的108

11、T的極限磁場(chǎng)。的極限磁場(chǎng)。但從時(shí)效性和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)濟(jì)地但從時(shí)效性和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)濟(jì)地維持維持5 T以上的磁場(chǎng)目前還只有依靠超導(dǎo)技術(shù)。以上的磁場(chǎng)目前還只有依靠超導(dǎo)技術(shù)。 超導(dǎo)或者采用其他技術(shù)產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)是自然超導(dǎo)或者采用其他技術(shù)產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)是自然界沒(méi)有的一種高能物理場(chǎng)，在這種高能場(chǎng)中，將界沒(méi)有的一種高能物理場(chǎng)，在這種高能場(chǎng)中，將發(fā)生許多奇特的現(xiàn)象。例如，發(fā)生許多奇特的現(xiàn)象。例如，水的變形水的變形，非導(dǎo)磁，非導(dǎo)磁的木材、水滴、塑料、蟲(chóng)子、草莓等物質(zhì)在超強(qiáng)的木材、水滴、塑料、蟲(chóng)子、草莓等物質(zhì)在超強(qiáng)磁場(chǎng)（磁場(chǎng)（5 T以上）中將以上）中將懸浮起來(lái)懸浮起來(lái)；金屬凝固過(guò)程中，；金屬

12、凝固過(guò)程中，晶粒將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而融合，形成類(lèi)似單晶的組晶粒將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而融合，形成類(lèi)似單晶的組織；此外，強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)凝固過(guò)程的成核過(guò)程也產(chǎn)生織；此外，強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)凝固過(guò)程的成核過(guò)程也產(chǎn)生顯著的影響，起到細(xì)化晶粒的作用。顯著的影響，起到細(xì)化晶粒的作用。 超強(qiáng)磁場(chǎng)的作用可以直接達(dá)到原子尺度，因此，超強(qiáng)磁場(chǎng)的作用可以直接達(dá)到原子尺度，因此，它對(duì)眾多領(lǐng)域的影響是極為深遠(yuǎn)的。它對(duì)眾多領(lǐng)域的影響是極為深遠(yuǎn)的。 超強(qiáng)磁場(chǎng)極強(qiáng)的能量還可以引起納米材料晶格超強(qiáng)磁場(chǎng)極強(qiáng)的能量還可以引起納米材料晶格的崎變，從而為制備高性能的納米材料提供了一的崎變，從而為制備高性能的納米材料提供了一 此外，在這種各向異性納米材料成型時(shí)，超

13、強(qiáng)此外，在這種各向異性納米材料成型時(shí)，超強(qiáng)磁場(chǎng)的作用可以使納米粉體在燒結(jié)過(guò)程中仍能保持磁場(chǎng)的作用可以使納米粉體在燒結(jié)過(guò)程中仍能保持很高的各向異性，而這是采用其它方法難以達(dá)到的。很高的各向異性，而這是采用其它方法難以達(dá)到的。 在納米材料制備領(lǐng)域中，納米材料形狀和性能在納米材料制備領(lǐng)域中，納米材料形狀和性能的控制是非常關(guān)鍵的問(wèn)題。而利用超強(qiáng)磁場(chǎng)極強(qiáng)的的控制是非常關(guān)鍵的問(wèn)題。而利用超強(qiáng)磁場(chǎng)極強(qiáng)的磁力作用，有可能控制液相法制備納米材料的成核磁力作用，有可能控制液相法制備納米材料的成核過(guò)程，它可以控制納米顆粒朝某一優(yōu)先方向生長(zhǎng)，過(guò)程，它可以控制納米顆粒朝某一優(yōu)先方向生長(zhǎng)，從而獲得高度各向異性的納米材料。

14、從而獲得高度各向異性的納米材料。 磁化學(xué)的研究一直是化學(xué)化工工作者致力研究的磁化學(xué)的研究一直是化學(xué)化工工作者致力研究的領(lǐng)域，但在二十世紀(jì)六十年代以前的近四十年中，領(lǐng)域，但在二十世紀(jì)六十年代以前的近四十年中，人們只能獲得人們只能獲得0.11 T左右的磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)對(duì)化左右的磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響幾乎可以忽略學(xué)反應(yīng)的影響幾乎可以忽略. 由于磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)體系由于磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)體系能量的影響隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方呈正比增加，因此，能量的影響隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方呈正比增加，因此，在在10 T20 T甚至甚至100 T的超強(qiáng)磁場(chǎng)下，磁場(chǎng)對(duì)化學(xué)的超強(qiáng)磁場(chǎng)下，磁場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)體系的影響已經(jīng)到了非常顯著的地步，甚至可

15、反應(yīng)體系的影響已經(jīng)到了非常顯著的地步，甚至可以影響到化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱、以影響到化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱、PH值、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行值、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向、反應(yīng)速率、活化能、熵等諸多方面。的方向、反應(yīng)速率、活化能、熵等諸多方面。 鑒于強(qiáng)磁場(chǎng)這些奇妙的效應(yīng)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家如日鑒于強(qiáng)磁場(chǎng)這些奇妙的效應(yīng)，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家如日本、法國(guó)等對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)下材料制備給予了極大的關(guān)本、法國(guó)等對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)下材料制備給予了極大的關(guān)注，日本有關(guān)這一領(lǐng)域的五年研究計(jì)劃已于注，日本有關(guān)這一領(lǐng)域的五年研究計(jì)劃已于2001年啟動(dòng)。國(guó)內(nèi)國(guó)家自然科學(xué)基金委今年的重點(diǎn)項(xiàng)年啟動(dòng)。國(guó)內(nèi)國(guó)家自然科學(xué)基金委今年的重點(diǎn)項(xiàng)目指南中，將這一領(lǐng)域列入指南。目指南中，將這一領(lǐng)域

16、列入指南。 關(guān)于地球電磁的起源關(guān)于地球電磁的起源, , 有有N N多理論多理論, , 永磁體說(shuō)、電流說(shuō)、壓電效應(yīng)說(shuō)、永磁體說(shuō)、電流說(shuō)、壓電效應(yīng)說(shuō)、溫差電效溫差電效應(yīng)說(shuō)應(yīng)說(shuō)、發(fā)電機(jī)理論、發(fā)電機(jī)理論 由于地球內(nèi)部溫度約由于地球內(nèi)部溫度約4000-50004000-5000，而地球表，而地球表面溫度較低，因此，地球存在一個(gè)溫差電電場(chǎng)。地面溫度較低，因此，地球存在一個(gè)溫差電電場(chǎng)。地球的溫差電電場(chǎng)將在地球發(fā)生自轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生出球的溫差電電場(chǎng)將在地球發(fā)生自轉(zhuǎn)的過(guò)程中產(chǎn)生出地球的溫差電電磁場(chǎng)，其中的磁場(chǎng)就是地磁場(chǎng)地球的溫差電電磁場(chǎng)，其中的磁場(chǎng)就是地磁場(chǎng) 地磁的影響地磁的影響 太陽(yáng)風(fēng)與地磁場(chǎng)的關(guān)系太陽(yáng)風(fēng)與地磁

17、場(chǎng)的關(guān)系; 極光的產(chǎn)生極光的產(chǎn)生; 地磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)物的影響地磁場(chǎng)對(duì)動(dòng)物的影響. 太陽(yáng)風(fēng)太陽(yáng)風(fēng)( (電離氫和電離氦電離氫和電離氦) ) 太陽(yáng)風(fēng)太陽(yáng)風(fēng)磁場(chǎng)對(duì)地球磁場(chǎng)施加作用磁場(chǎng)對(duì)地球磁場(chǎng)施加作用 磁層。磁層。 地球磁層位于地面地球磁層位于地面600-1000600-1000公里高處，公里高處，磁層的外邊界叫磁層頂，離地面磁層的外邊界叫磁層頂，離地面5-75-7萬(wàn)公里。萬(wàn)公里。 在太陽(yáng)風(fēng)的壓縮下，地球磁力線向背在太陽(yáng)風(fēng)的壓縮下，地球磁力線向背著太陽(yáng)一面的空間延伸得很遠(yuǎn)，形成著太陽(yáng)一面的空間延伸得很遠(yuǎn)，形成一條長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴，稱(chēng)為磁尾。一條長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴，稱(chēng)為磁尾。 在磁赤道附近，有一個(gè)特殊的界面，在界面兩邊，磁

18、力在磁赤道附近，有一個(gè)特殊的界面，在界面兩邊，磁力線突然改變方向，此界面稱(chēng)為中性片。中性片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度線突然改變方向，此界面稱(chēng)為中性片。中性片上的磁場(chǎng)強(qiáng)度微乎其微，厚度大約有微乎其微，厚度大約有10001000公里。中性片將磁尾部分成兩部公里。中性片將磁尾部分成兩部分：北面的磁力線向著地球，南面的磁力線離開(kāi)地球。分：北面的磁力線向著地球，南面的磁力線離開(kāi)地球。 由于太陽(yáng)風(fēng)以高速接近地球磁場(chǎng)的邊緣，便形成了一個(gè)無(wú)碰由于太陽(yáng)風(fēng)以高速接近地球磁場(chǎng)的邊緣，便形成了一個(gè)無(wú)碰撞的地球弓形激波的波陣面。波陣面與磁層頂之間的過(guò)渡區(qū)撞的地球弓形激波的波陣面。波陣面與磁層頂之間的過(guò)渡區(qū)叫做磁鞘，厚度為叫做磁鞘，厚

19、度為3-43-4個(gè)地球半徑。個(gè)地球半徑。 x y zFm+v0FNSBqFm v運(yùn)動(dòng)電荷所受的磁場(chǎng)力（洛侖茲力）運(yùn)動(dòng)電荷所受的磁場(chǎng)力（洛侖茲力）RmBq2vvqBmRvqBm2R2Tvm2qBT11） 回旋半徑和回旋頻率回旋半徑和回旋頻率BqFm vvvv/B) av B)bv qBmRvqBmd2cosvTv/螺距螺距洛侖茲力洛侖茲力帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在非均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)BF 1) 帶電粒子向磁場(chǎng)較強(qiáng)的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺旋的半徑帶電粒子向磁場(chǎng)較強(qiáng)的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺旋的半徑不斷減小不斷減小(由前已知，螺旋半徑由前已知，螺旋半徑 1/B)2) 洛侖茲力恒有一指向磁場(chǎng)洛侖茲力恒有一指向

20、磁場(chǎng)較弱方向的分力較弱方向的分力(也可用下圖也可用下圖發(fā)現(xiàn)此分力的存在發(fā)現(xiàn)此分力的存在)，此分力，此分力阻止帶電粒子向磁場(chǎng)較強(qiáng)的阻止帶電粒子向磁場(chǎng)較強(qiáng)的方向運(yùn)動(dòng)。這可使粒子沿磁方向運(yùn)動(dòng)。這可使粒子沿磁場(chǎng)方向的速度減小到零，然場(chǎng)方向的速度減小到零，然后在此分力的作用下后在此分力的作用下, ,向反方向反方向運(yùn)動(dòng)。向運(yùn)動(dòng)。 在范艾侖輻射帶中的帶電粒子圍繞地磁場(chǎng)的磁在范艾侖輻射帶中的帶電粒子圍繞地磁場(chǎng)的磁感線作螺旋運(yùn)動(dòng)，在兩極處被反射；感線作螺旋運(yùn)動(dòng)，在兩極處被反射； 地磁場(chǎng)俘獲從外層空間入射的電子和質(zhì)子形成一地磁場(chǎng)俘獲從外層空間入射的電子和質(zhì)子形成一個(gè)帶電粒子區(qū)域個(gè)帶電粒子區(qū)域范范 艾侖輻射帶艾侖輻

21、射帶 (Van Allen radiation belts)； 產(chǎn)生極光的原因是來(lái)自大氣外的高能粒子（電子和質(zhì)子）撞產(chǎn)生極光的原因是來(lái)自大氣外的高能粒子（電子和質(zhì)子）撞擊高層大氣中的原子的作用。這種相互作用常發(fā)生在地球磁擊高層大氣中的原子的作用。這種相互作用常發(fā)生在地球磁極周?chē)鷧^(qū)域。極周?chē)鷧^(qū)域。 現(xiàn)在所知，作為太陽(yáng)風(fēng)的一部分荷電粒子在到達(dá)地球附近時(shí)，現(xiàn)在所知，作為太陽(yáng)風(fēng)的一部分荷電粒子在到達(dá)地球附近時(shí)，被地球磁場(chǎng)俘獲，并使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原被地球磁場(chǎng)俘獲，并使其朝向磁極下落。它們與氧和氮的原子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子，這些離子發(fā)射子碰撞，擊走電子，使之成為激發(fā)態(tài)的離子

22、，這些離子發(fā)射不同波長(zhǎng)的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍(lán)等色的極光特征色彩。不同波長(zhǎng)的輻射，產(chǎn)生出紅、綠或藍(lán)等色的極光特征色彩。在太陽(yáng)活動(dòng)盛期，極光有時(shí)會(huì)延伸到中緯度地帶在太陽(yáng)活動(dòng)盛期，極光有時(shí)會(huì)延伸到中緯度地帶北緯北緯30是根神秘莫測(cè)的緯線。是根神秘莫測(cè)的緯線。 一條看不見(jiàn)的曲線一條看不見(jiàn)的曲線,一條地理學(xué)家為方便研究一條地理學(xué)家為方便研究地球劃出的虛擬的線地球劃出的虛擬的線, 然而卻沒(méi)有任何一條經(jīng)緯然而卻沒(méi)有任何一條經(jīng)緯線有著它那么神奇的魔力線有著它那么神奇的魔力,它所經(jīng)過(guò)的是地球最美它所經(jīng)過(guò)的是地球最美麗嘴神奇的風(fēng)景線麗嘴神奇的風(fēng)景線: 最高的山峰最高的山峰,最深的海溝最深的海溝,最最奇怪的湖泊奇

23、怪的湖泊,最瑰麗的山脈最瑰麗的山脈,最壯觀的大潮最壯觀的大潮,最洶涌最洶涌的海流的海流我們驚詫于大自然是如此神奇我們驚詫于大自然是如此神奇,是誰(shuí)帶來(lái)是誰(shuí)帶來(lái)遠(yuǎn)古的呼喚遠(yuǎn)古的呼喚,是誰(shuí)留下不滅的遺跡是誰(shuí)留下不滅的遺跡,是誰(shuí)雕刻出北是誰(shuí)雕刻出北緯緯30這說(shuō)不清的風(fēng)景線這說(shuō)不清的風(fēng)景線? 在美國(guó)俄勒岡州格蘭特狹口外，沙甸河一帶，有一個(gè)方圓僅在美國(guó)俄勒岡州格蘭特狹口外，沙甸河一帶，有一個(gè)方圓僅5050平方米的怪異的地方，被稱(chēng)為平方米的怪異的地方，被稱(chēng)為“俄勒岡漩渦俄勒岡漩渦”。這里有一。這里有一座古舊的木屋，其歪斜程度尤如比薩斜塔。座古舊的木屋，其歪斜程度尤如比薩斜塔。在這里在這里: :馬會(huì)本能地回避

24、馬會(huì)本能地回避飛鳥(niǎo)也會(huì)突然地回頭下垂飛鳥(niǎo)也會(huì)突然地回頭下垂樹(shù)干則傾向北極。樹(shù)干則傾向北極。在這座木房子里，任何成群飄浮著在這座木房子里，任何成群飄浮著的物體都會(huì)聚成漩渦狀的物體都會(huì)聚成漩渦狀有人竟傾斜有人竟傾斜4545度站立而不會(huì)倒下度站立而不會(huì)倒下 飛機(jī)從它上空飛過(guò)，所有的表盤(pán)的飛機(jī)從它上空飛過(guò)，所有的表盤(pán)的指示器都瞬間失靈指示器都瞬間失靈 在英格蘭斯特拉斯克萊德的克羅伊山公路在英格蘭斯特拉斯克萊德的克羅伊山公路上，也有同樣令人迷惑的現(xiàn)象。如果駕駛汽車(chē)上，也有同樣令人迷惑的現(xiàn)象。如果駕駛汽車(chē)在這條公路上從北向南行駛，遲早總會(huì)慢下來(lái)，在這條公路上從北向南行駛，遲早總會(huì)慢下來(lái)，甚至完全停止，令駕

25、駛員不知所措。從北部駛甚至完全停止，令駕駛員不知所措。從北部駛向這座小山，司機(jī)眼看著前面道路向下傾斜，向這座小山，司機(jī)眼看著前面道路向下傾斜，總以為車(chē)輛會(huì)加速，因而把車(chē)速降低，結(jié)果汽總以為車(chē)輛會(huì)加速，因而把車(chē)速降低，結(jié)果汽車(chē)嘎的一聲完全停止。事實(shí)與表面現(xiàn)象相反，車(chē)嘎的一聲完全停止。事實(shí)與表面現(xiàn)象相反，那條路并非下坡路，而是上坡路。從南部來(lái)的那條路并非下坡路，而是上坡路。從南部來(lái)的駕駛員也同樣產(chǎn)生顛倒的感覺(jué)。他們以為是上駕駛員也同樣產(chǎn)生顛倒的感覺(jué)。他們以為是上坡行駛，于是加速，結(jié)果發(fā)現(xiàn)車(chē)子比預(yù)期的速坡行駛，于是加速，結(jié)果發(fā)現(xiàn)車(chē)子比預(yù)期的速度快得多，其實(shí)那條路是下坡路。迄今尚無(wú)人度快得多，其實(shí)那條

26、路是下坡路。迄今尚無(wú)人能對(duì)克羅伊山這種奇異的現(xiàn)象作出圓滿解釋。能對(duì)克羅伊山這種奇異的現(xiàn)象作出圓滿解釋。曾有人認(rèn)為，那地方周?chē)膸r石含有大量鐵質(zhì)，曾有人認(rèn)為，那地方周?chē)膸r石含有大量鐵質(zhì)，存在磁場(chǎng)存在磁場(chǎng)，因而產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，將汽車(chē)拖上因而產(chǎn)生強(qiáng)大的引力，將汽車(chē)拖上山坡。山坡。 生物磁學(xué)生物磁學(xué)2）外磁場(chǎng)（外加磁場(chǎng)和環(huán)境磁場(chǎng)）對(duì)生物的影響）外磁場(chǎng)（外加磁場(chǎng)和環(huán)境磁場(chǎng)）對(duì)生物的影響1）生物自身產(chǎn)生的微弱磁場(chǎng)（生物磁場(chǎng)）生物自身產(chǎn)生的微弱磁場(chǎng)（生物磁場(chǎng)）生物磁場(chǎng)產(chǎn)生：生物磁場(chǎng)產(chǎn)生：1）人體的生物電）人體的生物電對(duì)生物電研究已有對(duì)生物電研究已有200多年的歷史，但起源問(wèn)題不多年的歷史，但起源問(wèn)題不清清

27、比較公認(rèn)的觀點(diǎn)：生物電來(lái)源細(xì)胞的功能。比較公認(rèn)的觀點(diǎn)：生物電來(lái)源細(xì)胞的功能。電流周?chē)徐o磁場(chǎng)電流周?chē)徐o磁場(chǎng)人體心臟的生物電人體心臟的生物電心磁場(chǎng)心磁場(chǎng)人腦的生物電人腦的生物電腦磁場(chǎng)腦磁場(chǎng)心磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)心磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng))T(1010腦磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)腦磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng))T(10513地磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)地磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng))T(10)53(5月球表面磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)月球表面磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng))T(109 太陽(yáng)表面磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)與地球相差不多，當(dāng)在太陽(yáng)太陽(yáng)表面磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)與地球相差不多，當(dāng)在太陽(yáng)表面的黑子區(qū)域有高達(dá)幾百到幾千倍的磁場(chǎng)。表面的黑子區(qū)域有高達(dá)幾百到幾千倍的磁場(chǎng)。2）人體內(nèi)的弱磁性物質(zhì)，在地磁場(chǎng)或外界磁場(chǎng)作）人體內(nèi)的弱磁性物質(zhì)，在地磁場(chǎng)或外界磁場(chǎng)作用下會(huì)感應(yīng)

28、出磁場(chǎng)用下會(huì)感應(yīng)出磁場(chǎng)肝、脾等呈現(xiàn)出來(lái)的磁性就屬于此類(lèi)肝、脾等呈現(xiàn)出來(lái)的磁性就屬于此類(lèi)少數(shù)生物內(nèi)有微量的強(qiáng)磁性物質(zhì)（少數(shù)生物內(nèi)有微量的強(qiáng)磁性物質(zhì)（Fe3O4），如蜜），如蜜蜂、鴿子，幫助它們辨別方向蜂、鴿子，幫助它們辨別方向醫(yī)學(xué)上靜磁療法、經(jīng)絡(luò)磁場(chǎng)療法醫(yī)學(xué)上靜磁療法、經(jīng)絡(luò)磁場(chǎng)療法明朝李時(shí)珍的明朝李時(shí)珍的本草綱目本草綱目的描述：的描述： “真磁石，豆大，新棉裹塞耳中，口含生鐵真磁石，豆大，新棉裹塞耳中，口含生鐵一塊，覺(jué)耳中如風(fēng)雨聲，即通。一塊，覺(jué)耳中如風(fēng)雨聲，即通?！?心磁圖、腦磁圖和肺磁圖比相應(yīng)的心電圖腦電心磁圖、腦磁圖和肺磁圖比相應(yīng)的心電圖腦電圖具有無(wú)接觸干擾，交直流均可測(cè)量，可作三維測(cè)圖具

29、有無(wú)接觸干擾，交直流均可測(cè)量，可作三維測(cè)量和分辨率高的優(yōu)點(diǎn)量和分辨率高的優(yōu)點(diǎn), 因而可提高一些疾病的確診因而可提高一些疾病的確診率率. 核磁共振核磁共振CT 技術(shù)可檢測(cè)人體組織的成分濃度分技術(shù)可檢測(cè)人體組織的成分濃度分布布, 生理病理狀態(tài)和智能活動(dòng)等生理病理狀態(tài)和智能活動(dòng)等, 在幾種在幾種CT 技術(shù)技術(shù)中具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。中具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。核磁共振核磁共振CTCT 技術(shù)視頻技術(shù)視頻三、材料磁學(xué)三、材料磁學(xué)無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)順順 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化0B有外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)sI0BBB順磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)順磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)抗抗 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化0B有外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)sI0BBB抗

30、磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)感應(yīng)磁矩感應(yīng)磁矩 鐵磁性材料類(lèi)別：鐵磁性材料類(lèi)別：HBO軟軟磁材料磁材料HBO硬硬磁材料磁材料HBO矩矩磁鐵氧體磁鐵氧體材料材料實(shí)驗(yàn)表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差實(shí)驗(yàn)表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大很大.出現(xiàn)和應(yīng)用都很早的是出現(xiàn)和應(yīng)用都很早的是永磁材料永磁材料和和軟磁材料軟磁材料 永磁材料是經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)磁化以后能長(zhǎng)期保留其永磁材料是經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)磁化以后能長(zhǎng)期保留其剩余強(qiáng)磁性的材料剩余強(qiáng)磁性的材料, 也是歷史上最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的也是歷史上最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的強(qiáng)磁材料強(qiáng)磁材料. 第一二三代稀土永磁材料分別為第一二三代稀土永磁材料分別為SmCo5和和Sm2Co17 系系

31、Nd-Fe-B 系系, 其最大磁能積均遠(yuǎn)超過(guò)其最大磁能積均遠(yuǎn)超過(guò)其他的永磁材料其他的永磁材料, 而且還一代超過(guò)一代而且還一代超過(guò)一代 我國(guó)稀土礦儲(chǔ)量約占世界已探明儲(chǔ)量的我國(guó)稀土礦儲(chǔ)量約占世界已探明儲(chǔ)量的80%, 也也是目前生產(chǎn)稀土永磁材料的大國(guó)之一。是目前生產(chǎn)稀土永磁材料的大國(guó)之一。 軟磁材料軟磁材料是現(xiàn)代電力工業(yè)和電子工業(yè)用量大和是現(xiàn)代電力工業(yè)和電子工業(yè)用量大和用途廣的一大類(lèi)磁性材料用途廣的一大類(lèi)磁性材料. 當(dāng)代新發(fā)展的非晶軟磁當(dāng)代新發(fā)展的非晶軟磁材料和納米軟磁材料材料和納米軟磁材料, 其軟磁性能好損耗低其軟磁性能好損耗低, 正在正在解決大量生產(chǎn)的工藝問(wèn)題解決大量生產(chǎn)的工藝問(wèn)題, 是對(duì)傳統(tǒng)軟

32、磁材料的一是對(duì)傳統(tǒng)軟磁材料的一大挑戰(zhàn)大挑戰(zhàn). 信息磁性材料信息磁性材料, 簡(jiǎn)稱(chēng)信磁材料簡(jiǎn)稱(chēng)信磁材料, 是當(dāng)前信息時(shí)代是當(dāng)前信息時(shí)代有著重要和廣泛應(yīng)用的多類(lèi)磁性材料的統(tǒng)稱(chēng)有著重要和廣泛應(yīng)用的多類(lèi)磁性材料的統(tǒng)稱(chēng). 信磁材料在當(dāng)代電子計(jì)算機(jī)信磁材料在當(dāng)代電子計(jì)算機(jī)(電腦電腦) 微波和衛(wèi)星通微波和衛(wèi)星通信以及光通信等高新技術(shù)中都有著重要的應(yīng)用信以及光通信等高新技術(shù)中都有著重要的應(yīng)用. 半半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)個(gè)多世紀(jì)以來(lái), 電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速, 但是磁帶但是磁帶磁盤(pán)和磁鼓等磁記錄材料和磁頭材料仍始終獲得應(yīng)磁盤(pán)和磁鼓等磁記錄材料和磁頭材料仍始終獲得應(yīng)用用. 在不同時(shí)期和不同情況下在不同

33、時(shí)期和不同情況下, 磁芯和磁膜存儲(chǔ)器也磁芯和磁膜存儲(chǔ)器也有著重要的應(yīng)用有著重要的應(yīng)用.磁記錄磁記錄 磁記錄是利用鐵磁材料的特性與電磁感應(yīng)的磁記錄是利用鐵磁材料的特性與電磁感應(yīng)的規(guī)律來(lái)記錄信息規(guī)律來(lái)記錄信息( (如聲音、圖象或數(shù)字等如聲音、圖象或數(shù)字等) )的。把鐵的。把鐵磁材料制成粉末狀，用粘接劑涂敷在特制的帶或圓磁材料制成粉末狀，用粘接劑涂敷在特制的帶或圓盤(pán)表面，稱(chēng)為磁帶或磁盤(pán)，用它們記錄音像信號(hào)或盤(pán)表面，稱(chēng)為磁帶或磁盤(pán)，用它們記錄音像信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)。 錄音錄音( (或錄像或錄像) )時(shí)，需要一個(gè)錄音時(shí)，需要一個(gè)錄音( (像像) )磁頭，它是磁頭，它是一個(gè)具有微小氣隙的電磁鐵。工作

34、時(shí)，使磁帶靠近一個(gè)具有微小氣隙的電磁鐵。工作時(shí)，使磁帶靠近磁頭的氣隙走過(guò)，磁頭的線圈內(nèi)通入由聲音或圖像磁頭的氣隙走過(guò)，磁頭的線圈內(nèi)通入由聲音或圖像轉(zhuǎn)成的電信號(hào)，即強(qiáng)弱和頻率都隨時(shí)間變化的電流。轉(zhuǎn)成的電信號(hào)，即強(qiáng)弱和頻率都隨時(shí)間變化的電流。這個(gè)電流使鐵芯的磁化狀態(tài)及氣隙中的磁場(chǎng)同步變這個(gè)電流使鐵芯的磁化狀態(tài)及氣隙中的磁場(chǎng)同步變化?；?。 放音放音( (像像) )時(shí)，讓已錄有信號(hào)的磁帶在放音磁頭的時(shí)，讓已錄有信號(hào)的磁帶在放音磁頭的氣隙下面通過(guò)。磁帶上磁粉剩磁的強(qiáng)弱將引起磁頭氣隙下面通過(guò)。磁帶上磁粉剩磁的強(qiáng)弱將引起磁頭中線圈鐵芯內(nèi)磁通的變化。這個(gè)變化的磁通在線圈中線圈鐵芯內(nèi)磁通的變化。這個(gè)變化的磁通在

35、線圈內(nèi)產(chǎn)生同步變化的感應(yīng)電流。將此電流放大再經(jīng)過(guò)內(nèi)產(chǎn)生同步變化的感應(yīng)電流。將此電流放大再經(jīng)過(guò)電聲電聲( (或電像或電像) )轉(zhuǎn)換，獲得原來(lái)記錄的聲音或圖像。轉(zhuǎn)換，獲得原來(lái)記錄的聲音或圖像。要想把已記錄的聲音或圖要想把已記錄的聲音或圖象抹去，只要在磁帶通過(guò)象抹去，只要在磁帶通過(guò)時(shí)，在磁頭的線圈內(nèi)通入時(shí)，在磁頭的線圈內(nèi)通入等幅變化的電流即可等幅變化的電流即可這個(gè)變化著的磁場(chǎng)將使磁帶上磁粉的磁化狀態(tài)發(fā)生這個(gè)變化著的磁場(chǎng)將使磁帶上磁粉的磁化狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化，當(dāng)磁帶離開(kāi)磁頭后，磁粉剩磁的強(qiáng)弱分相應(yīng)變化，當(dāng)磁帶離開(kāi)磁頭后，磁粉剩磁的強(qiáng)弱分布對(duì)應(yīng)輸入磁頭的電流信號(hào)。把信號(hào)記錄到磁帶上。布對(duì)應(yīng)輸入磁頭的電流信

36、號(hào)。把信號(hào)記錄到磁帶上。磁光盤(pán)是以磁疇的磁化方向表示記錄數(shù)磁光盤(pán)是以磁疇的磁化方向表示記錄數(shù)據(jù)，常溫下磁疇具有據(jù)，常溫下磁疇具有10kOe10kOe以上的矯頑以上的矯頑力，普通的磁鐵和磁頭都不能改變其力，普通的磁鐵和磁頭都不能改變其磁化方向，但如果受熱，隨著溫度的磁化方向，但如果受熱，隨著溫度的上升，其矯頑力將迅速變小，當(dāng)溫度上升，其矯頑力將迅速變小，當(dāng)溫度上升到居里溫度（矯頑力降為上升到居里溫度（矯頑力降為0 0時(shí)的溫時(shí)的溫度稱(chēng)為居里溫度）時(shí)磁疇的磁化方向度稱(chēng)為居里溫度）時(shí)磁疇的磁化方向隨外部磁場(chǎng)的改變而改變。隨外部磁場(chǎng)的改變而改變。 磁光盤(pán)便是利用激光照射產(chǎn)生的熱能結(jié)合磁記錄進(jìn)行磁光盤(pán)便是

37、利用激光照射產(chǎn)生的熱能結(jié)合磁記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和擦除：即連續(xù)照射激光，將記錄膜的溫度提數(shù)據(jù)的記錄和擦除：即連續(xù)照射激光，將記錄膜的溫度提高到居里溫度，使矯頑力降為高到居里溫度，使矯頑力降為0 0，從而受磁頭磁場(chǎng)的影響磁，從而受磁頭磁場(chǎng)的影響磁疇磁化方向全部向下，完成磁光盤(pán)的初始化，也即是通過(guò)疇磁化方向全部向下，完成磁光盤(pán)的初始化，也即是通過(guò)寫(xiě)入寫(xiě)入“0 0”擦除原有數(shù)據(jù)。擦除原有數(shù)據(jù)。 記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭通電，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向，需記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭通電，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向，需寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地方受強(qiáng)激光照射，磁化方向也隨磁寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地方受強(qiáng)激光照射，磁化方向也隨磁頭磁場(chǎng)方向的改變而向上，即寫(xiě)入數(shù)據(jù)頭磁場(chǎng)方向的改變

38、而向上，即寫(xiě)入數(shù)據(jù)“1 1”。讀。讀出激光入射到磁光盤(pán)，反射光的偏振面將隨磁疇出激光入射到磁光盤(pán)，反射光的偏振面將隨磁疇磁化方向的改變而旋轉(zhuǎn)（即所謂克爾（磁化方向的改變而旋轉(zhuǎn)（即所謂克爾（kerrkerr）效）效應(yīng)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)表明數(shù)據(jù)是應(yīng)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)表明數(shù)據(jù)是“1 1”，反時(shí)針是，反時(shí)針是“0 0”，這一變化用偏振光分束器轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度的，這一變化用偏振光分束器轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度的變化，然后導(dǎo)入光探測(cè)器取出電信號(hào)，從而完成變化，然后導(dǎo)入光探測(cè)器取出電信號(hào)，從而完成數(shù)據(jù)的讀出。讀出時(shí)的激光強(qiáng)度不到數(shù)據(jù)的讀出。讀出時(shí)的激光強(qiáng)度不到記録記録擦除擦除時(shí)時(shí)的的1/71/7，因而不會(huì)影響記錄膜的數(shù)據(jù)。，因而不

39、會(huì)影響記錄膜的數(shù)據(jù)。磁光盤(pán)是以磁疇的磁化方向表示記錄數(shù)磁光盤(pán)是以磁疇的磁化方向表示記錄數(shù)據(jù)，常溫下磁疇具有據(jù)，常溫下磁疇具有10kOe10kOe以上的矯頑以上的矯頑力，普通的磁鐵和磁頭都不能改變其力，普通的磁鐵和磁頭都不能改變其磁化方向，但如果受熱，隨著溫度的磁化方向，但如果受熱，隨著溫度的上升，其矯頑力將迅速變小，當(dāng)溫度上升，其矯頑力將迅速變小，當(dāng)溫度上升到居里溫度（矯頑力降為上升到居里溫度（矯頑力降為0 0時(shí)的溫時(shí)的溫度稱(chēng)為居里溫度）時(shí)磁疇的磁化方向度稱(chēng)為居里溫度）時(shí)磁疇的磁化方向隨外部磁場(chǎng)的改變而改變。隨外部磁場(chǎng)的改變而改變。 磁光盤(pán)便是利用激光照射產(chǎn)生的熱能結(jié)合磁記錄進(jìn)行磁光盤(pán)便是利用

40、激光照射產(chǎn)生的熱能結(jié)合磁記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄和擦除：即連續(xù)照射激光，將記錄膜的溫度提數(shù)據(jù)的記錄和擦除：即連續(xù)照射激光，將記錄膜的溫度提高到居里溫度，使矯頑力降為高到居里溫度，使矯頑力降為0 0，從而受磁頭磁場(chǎng)的影響磁，從而受磁頭磁場(chǎng)的影響磁疇磁化方向全部向下，完成磁光盤(pán)的初始化，也即是通過(guò)疇磁化方向全部向下，完成磁光盤(pán)的初始化，也即是通過(guò)寫(xiě)入寫(xiě)入“0 0”擦除原有數(shù)據(jù)。擦除原有數(shù)據(jù)。 記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭通電，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向，需記錄數(shù)據(jù)時(shí)，磁頭通電，反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向，需寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地方受強(qiáng)激光照射，磁化方向也隨磁寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地方受強(qiáng)激光照射，磁化方向也隨磁頭磁場(chǎng)方向的改變而向上，即寫(xiě)入數(shù)據(jù)頭磁場(chǎng)方向的改變而向

41、上，即寫(xiě)入數(shù)據(jù)“1 1”。讀。讀出激光入射到磁光盤(pán)，反射光的偏振面將隨磁疇出激光入射到磁光盤(pán)，反射光的偏振面將隨磁疇磁化方向的改變而旋轉(zhuǎn)（即所謂克爾（磁化方向的改變而旋轉(zhuǎn)（即所謂克爾（kerrkerr）效）效應(yīng)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)表明數(shù)據(jù)是應(yīng)），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)表明數(shù)據(jù)是“1 1”，反時(shí)針是，反時(shí)針是“0 0”，這一變化用偏振光分束器轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度的，這一變化用偏振光分束器轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度的變化，然后導(dǎo)入光探測(cè)器取出電信號(hào)，從而完成變化，然后導(dǎo)入光探測(cè)器取出電信號(hào)，從而完成數(shù)據(jù)的讀出。讀出時(shí)的激光強(qiáng)度不到數(shù)據(jù)的讀出。讀出時(shí)的激光強(qiáng)度不到記録記録擦除擦除時(shí)時(shí)的的1/71/7，因而不會(huì)影響記錄膜的數(shù)據(jù)。，因而不會(huì)影

42、響記錄膜的數(shù)據(jù)。 多功能磁性材料和智能磁性材料多功能磁性材料和智能磁性材料的研究和應(yīng)用的研究和應(yīng)用是適應(yīng)當(dāng)代多種高新技術(shù)的需要和相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步是適應(yīng)當(dāng)代多種高新技術(shù)的需要和相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的而發(fā)展起來(lái)的. 多功能磁性材料多功能磁性材料是指同時(shí)具有其他物理功能和是指同時(shí)具有其他物理功能和磁性功能的材料磁性功能的材料. 智能磁性材料智能磁性材料則是指同時(shí)具有對(duì)則是指同時(shí)具有對(duì)外界環(huán)境的感知反饋和響應(yīng)外界環(huán)境的感知反饋和響應(yīng)(或稱(chēng)執(zhí)行或稱(chēng)執(zhí)行)功能的磁性功能的磁性材料材料, 因?yàn)橥瑫r(shí)具有這幾種功能而類(lèi)似于人的智能因?yàn)橥瑫r(shí)具有這幾種功能而類(lèi)似于人的智能, 所以這種磁性材料被稱(chēng)為智能磁性材料所以

43、這種磁性材料被稱(chēng)為智能磁性材料. 目前已觀測(cè)到多功能磁效應(yīng)的磁性材料：目前已觀測(cè)到多功能磁效應(yīng)的磁性材料： (1) 磁場(chǎng)能產(chǎn)生電通密度和電場(chǎng)能產(chǎn)生磁通密度的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電通密度和電場(chǎng)能產(chǎn)生磁通密度的磁磁-電材料電材料, 如如GaFeO3 和和DyAlO3 等等; (2) 具有電矩有序和磁矩有序的鐵電具有電矩有序和磁矩有序的鐵電-鐵磁或序電鐵磁或序電-序磁材料序磁材料, 如如BiFeO3-(Ba, Pb)(Ti,Zr)O3 等等; （6）已經(jīng)觀測(cè)到具有形狀記憶的磁性智能材料有）已經(jīng)觀測(cè)到具有形狀記憶的磁性智能材料有Ni-Ti 和和Ni-Al 等合金等合金, 例如已經(jīng)利用例如已經(jīng)利用Ni-Ti 形狀

44、記憶形狀記憶合金研制成可應(yīng)用于宇宙飛船的大小和形狀可改變合金研制成可應(yīng)用于宇宙飛船的大小和形狀可改變的無(wú)線電通信天線的無(wú)線電通信天線.(5) 同時(shí)具有超導(dǎo)電性和磁矩有序的超導(dǎo)同時(shí)具有超導(dǎo)電性和磁矩有序的超導(dǎo)-強(qiáng)磁或超強(qiáng)磁或超導(dǎo)導(dǎo)-序磁材料序磁材料, 如如ErRh4B4 和和Gd-Ba-Cu-O 系材料等系材料等. (3) 同時(shí)具有高載流子遷移率和磁矩有序的超導(dǎo)同時(shí)具有高載流子遷移率和磁矩有序的超導(dǎo)-強(qiáng)強(qiáng)磁材料磁材料, 如如EuO 和和ZnCr2S4 等等; (4) 同時(shí)具有透光和磁矩有序的透光同時(shí)具有透光和磁矩有序的透光-強(qiáng)磁材料強(qiáng)磁材料, 如如FeBO3 和和KFeF3 等等;四、各類(lèi)磁效應(yīng)

45、四、各類(lèi)磁效應(yīng)1、常見(jiàn)磁效應(yīng)、常見(jiàn)磁效應(yīng)磁力磁力電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)dtd載流導(dǎo)線載流導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)電荷運(yùn)動(dòng)電荷BvqF磁力磁力)BvqEqF(BIdFdlBPMmBIn OO載流線圈（均勻場(chǎng)）載流線圈（均勻場(chǎng)）18451845年年，電磁力將一根金屬棒射出了近，電磁力將一根金屬棒射出了近2020米遠(yuǎn)；米遠(yuǎn)；電磁炮電磁炮1991年和年和1994年美國(guó)分別研制成功機(jī)動(dòng)型的多發(fā)年美國(guó)分別研制成功機(jī)動(dòng)型的多發(fā)電磁炮和反戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈電磁炮；電磁炮和反戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈電磁炮；19781978年，年，澳大利亞國(guó)立大學(xué)物理學(xué)家理查德澳大利亞國(guó)立大學(xué)物理學(xué)家理查德馬馬歇爾和約翰巴伯等人使用歇爾和約翰巴伯等人使用5 5米長(zhǎng)的導(dǎo)軌炮，將

46、質(zhì)米長(zhǎng)的導(dǎo)軌炮，將質(zhì)量量3.33.3克的塑料彈丸以克的塑料彈丸以59005900米米/ /秒的高速發(fā)射成功秒的高速發(fā)射成功19011901年年，挪威物理學(xué)家伯克蘭造出了第一門(mén)電磁，挪威物理學(xué)家伯克蘭造出了第一門(mén)電磁線圈炮，能把線圈炮，能把1010千克的彈體加速到千克的彈體加速到100100米秒；米秒；1898年年美國(guó)一位發(fā)明者斷言線圈炮可將炮彈射出美國(guó)一位發(fā)明者斷言線圈炮可將炮彈射出230千米。千米。0vmvmtf動(dòng)量定理動(dòng)量定理N2015900103 .3tmv30fN7591230000103 .3tmv30f目前，研制成功的電磁炮已能將彈丸加速到目前，研制成功的電磁炮已能將彈丸加速到81

47、0km/s（火炮僅（火炮僅2km/s），是火炮的），是火炮的4到到5倍預(yù)倍預(yù)計(jì)將來(lái)電磁炮彈丸的速度將達(dá)到計(jì)將來(lái)電磁炮彈丸的速度將達(dá)到100km/s發(fā)射能量的成本：常規(guī)火炮的發(fā)射藥產(chǎn)生每兆焦發(fā)射能量的成本：常規(guī)火炮的發(fā)射藥產(chǎn)生每兆焦耳能量需耳能量需10美元，而電磁炮只需美元，而電磁炮只需0.1美元美元（交流同軸線圈炮）（交流同軸線圈炮）加速線圈固定在炮管中，通以交加速線圈固定在炮管中，通以交變電流變電流 交變磁場(chǎng)交變磁場(chǎng)彈丸線圈彈丸線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流中產(chǎn)生感應(yīng)電流 感應(yīng)電流的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與加速線圈電流的磁場(chǎng)互相磁場(chǎng)與加速線圈電流的磁場(chǎng)互相作用作用 產(chǎn)生洛侖茲力產(chǎn)生洛侖茲力 彈丸加彈丸加速運(yùn)動(dòng)并

48、發(fā)射出去速運(yùn)動(dòng)并發(fā)射出去加速線圈加速線圈彈丸線圈彈丸線圈彈丸線圈彈丸線圈2 2）軌道炮）軌道炮 軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把軌道炮是利用軌道電流間相互作用的安培力把彈丸發(fā)射出去它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，彈丸發(fā)射出去它由兩條平行的長(zhǎng)直導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸當(dāng)兩軌導(dǎo)軌間放置一質(zhì)量較小的滑塊作為彈丸當(dāng)兩軌接人電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊接人電源時(shí)，強(qiáng)大的電流從一導(dǎo)軌流入，經(jīng)滑塊從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，從另一導(dǎo)軌流回時(shí)，在兩導(dǎo)軌平面間產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)以很大通電流的滑塊在安培力的作用下，彈丸會(huì)以很大的速度射

49、出，這就是軌道炮的發(fā)射原理的速度射出，這就是軌道炮的發(fā)射原理3）電熱炮）電熱炮：電熱炮的原理完全不同于上述兩種：電熱炮的原理完全不同于上述兩種電磁炮，其結(jié)構(gòu)也有多種形式電磁炮，其結(jié)構(gòu)也有多種形式 最簡(jiǎn)單的一種是采用一般的最簡(jiǎn)單的一種是采用一般的炮管，管內(nèi)設(shè)置有接到等離子炮管，管內(nèi)設(shè)置有接到等離子體燃燒器上的電極，燃燒器安體燃燒器上的電極，燃燒器安裝在炮后膛的末端當(dāng)?shù)入x子裝在炮后膛的末端當(dāng)?shù)入x子體燃燒器兩極間加上高壓時(shí)，體燃燒器兩極間加上高壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一道電弧，使放在兩極會(huì)產(chǎn)生一道電弧，使放在兩極間的等離子體生成材料（如聚間的等離子體生成材料（如聚乙烯）蒸發(fā)蒸發(fā)后的材料變乙烯）蒸發(fā)蒸發(fā)后的材料變

50、成過(guò)熱的高壓等離子體，從而成過(guò)熱的高壓等離子體，從而使彈丸加速。使彈丸加速。4）重接炮：重接炮是一種多級(jí)加速的無(wú)接觸電）重接炮：重接炮是一種多級(jí)加速的無(wú)接觸電磁發(fā)射裝置，沒(méi)有炮管，但要求彈丸在進(jìn)入重接磁發(fā)射裝置，沒(méi)有炮管，但要求彈丸在進(jìn)入重接炮之前應(yīng)有一定的初速度其結(jié)構(gòu)和工作原理是炮之前應(yīng)有一定的初速度其結(jié)構(gòu)和工作原理是利用兩個(gè)矩形線圈上下分置，之間有間隙長(zhǎng)方利用兩個(gè)矩形線圈上下分置，之間有間隙長(zhǎng)方形的形的“炮彈炮彈”在兩個(gè)矩形線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到在兩個(gè)矩形線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中受到強(qiáng)磁場(chǎng)力的作用，穿過(guò)間隙在其中加速前進(jìn)重強(qiáng)磁場(chǎng)力的作用，穿過(guò)間隙在其中加速前進(jìn)重接炮是電磁炮的最新發(fā)展形式接炮是電磁炮

51、的最新發(fā)展形式DDX未來(lái)戰(zhàn)艦可能裝備動(dòng)力電磁炮武器系統(tǒng)我國(guó)的電磁炮的理論論證在上世紀(jì)我國(guó)的電磁炮的理論論證在上世紀(jì)8080年代中期就基年代中期就基本完成，從那時(shí)起就開(kāi)始進(jìn)行實(shí)用化的研究，經(jīng)過(guò)本完成，從那時(shí)起就開(kāi)始進(jìn)行實(shí)用化的研究，經(jīng)過(guò)近近2020年的努力，已經(jīng)結(jié)出豐碩的成果，預(yù)計(jì)年的努力，已經(jīng)結(jié)出豐碩的成果，預(yù)計(jì)20072007年前后，將部分裝備部隊(duì)進(jìn)行量產(chǎn)前的定型試用。年前后，將部分裝備部隊(duì)進(jìn)行量產(chǎn)前的定型試用。 一種電磁炮是口徑一種電磁炮是口徑20mm左右的車(chē)載反坦克電磁炮左右的車(chē)載反坦克電磁炮（也可能實(shí)現(xiàn)機(jī)載），該炮的核心設(shè)備包括（也可能實(shí)現(xiàn)機(jī)載），該炮的核心設(shè)備包括MW級(jí)級(jí)的高脈沖發(fā)電

52、機(jī)、超導(dǎo)線圈和高速裝彈機(jī)，可以把的高脈沖發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)線圈和高速裝彈機(jī)，可以把超過(guò)超過(guò)120g120g的實(shí)心穿甲彈加速到的實(shí)心穿甲彈加速到3.5km/s以上以上, ,射速在射速在10發(fā)發(fā)/ /分到分到15發(fā)發(fā)/ /分之間分之間實(shí)驗(yàn)表明，彈頭雖小，但是由實(shí)驗(yàn)表明，彈頭雖小，但是由于初速高，完全擊穿現(xiàn)役所有于初速高，完全擊穿現(xiàn)役所有主戰(zhàn)坦克裝甲，效果就和用主戰(zhàn)坦克裝甲，效果就和用AK47AK47掃射本田轎車(chē)一樣。掃射本田轎車(chē)一樣。 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律tdd 方向：楞次定律方向：楞次定律動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)N感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)RNooiBn 磁流體發(fā)電中的帶電流

53、體，它們是通過(guò)加熱燃磁流體發(fā)電中的帶電流體，它們是通過(guò)加熱燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運(yùn)動(dòng)氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運(yùn)動(dòng)都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，結(jié)果，這些物質(zhì)變成自由電子、失去電子的離子結(jié)果，這些物質(zhì)變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體。將等離以及原子核的混合物，這就是等離子體。將等離子體以超音速的速度噴射到一個(gè)加有強(qiáng)磁場(chǎng)的管子體以超音速的速度噴射到一個(gè)加有強(qiáng)磁場(chǎng)的管道里面，等離子體中帶有正、負(fù)電荷

54、的高速粒子，道里面，等離子體中帶有正、負(fù)電荷的高速粒子，在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極偏移，在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極偏移，于是在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導(dǎo)線將電壓接入電于是在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導(dǎo)線將電壓接入電路中就可以使用了。路中就可以使用了。磁流體發(fā)電磁流體發(fā)電 磁流體發(fā)電的最大好處是可以大大提高發(fā)電磁流體發(fā)電的最大好處是可以大大提高發(fā)電效率。普通的火力發(fā)電，燃燒燃料釋放的能量效率。普通的火力發(fā)電，燃燒燃料釋放的能量中，只有中，只有20%20%變成了電能。而且，人們從理論上變成了電能。而且，人們從理論上推算出，火力發(fā)電的效率提高到推算出，火力發(fā)電的效率提高到40%40%就

55、已達(dá)到了就已達(dá)到了極限。而用磁流體發(fā)電，可以將從磁流體發(fā)電極限。而用磁流體發(fā)電，可以將從磁流體發(fā)電管道里噴出來(lái)的廢氣，驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，管道里噴出來(lái)的廢氣，驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)，形成組合發(fā)電裝置，這種組合發(fā)電的效率可以形成組合發(fā)電裝置，這種組合發(fā)電的效率可以達(dá)到達(dá)到50%50%。如果解決好一些技術(shù)上的問(wèn)題，發(fā)電。如果解決好一些技術(shù)上的問(wèn)題，發(fā)電效率還有望進(jìn)一步提高到效率還有望進(jìn)一步提高到60%60%以上。以上。 磁流體發(fā)電的另一個(gè)好處是產(chǎn)生的環(huán)境污染少。磁流體發(fā)電的另一個(gè)好處是產(chǎn)生的環(huán)境污染少。利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量利用火力發(fā)電，燃燒燃料產(chǎn)生的廢氣里含有大量的二氧化硫，

56、這是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。的二氧化硫，這是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。利用磁流體發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更利用磁流體發(fā)電，不僅使燃料在高溫下燃燒得更加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，加充分，它使用的一些添加材料還可以和硫化合，生成硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把生成硫酸鉀，并被回收利用，這就避免了直接把硫排放到空氣中，對(duì)環(huán)境造成污染。硫排放到空氣中，對(duì)環(huán)境造成污染。 利用磁流體發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射利用磁流體發(fā)電，只要加快帶電流體的噴射速度，增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，就能提高發(fā)電機(jī)的功率。速度，增加磁場(chǎng)強(qiáng)度，就能提高發(fā)電機(jī)的功率。人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動(dòng)裝置，人們使用高能量的燃料，再配上快速啟動(dòng)裝置，就可以使發(fā)電機(jī)功率達(dá)到就可以使發(fā)電機(jī)功率達(dá)到10001000萬(wàn)萬(wàn)kWkW，這就滿足了，這就滿足了一些需要大功率電力的場(chǎng)合。目前，中國(guó)，美國(guó)、一些需要大功率電力的場(chǎng)合。目前，中國(guó)，美國(guó)、印度、澳大利亞以及歐洲共同體等，都積極致力印度、澳大利亞以及歐洲共同體等，都積極致力于這方面的研究。于這方面的研究。 1959 1959年，美國(guó)阿