磁現(xiàn)象及其應(yīng)用

關(guān)于磁現(xiàn)象及其應(yīng)用磁是什么？一般提起磁，有些人都覺(jué)得磁是較為少見(jiàn)的，好象主要就是磁石或磁鐵吸引鐵，如磁鐵吸引鐵粉，和指南針指示南北方向，，而把一般物質(zhì)稱(chēng)為無(wú)磁性或非磁性。情況真是這樣嗎？現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)表明這樣的看法是不對(duì)的?，F(xiàn)代科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)充分證實(shí)：任何物質(zhì)都具有磁性，只是有的物質(zhì)磁性強(qiáng)，有的物質(zhì)磁性弱；任何空間都存在磁場(chǎng)，只是有的空間磁場(chǎng)高，有的空間磁場(chǎng)低。所以說(shuō)包含物質(zhì)磁性和空間磁場(chǎng)的磁現(xiàn)象是普遍存在的。第2頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天我們的生活每時(shí)每刻都和磁性有關(guān)。沒(méi)有它，我們就無(wú)法看電視、聽(tīng)收音機(jī)、打電話(huà)；沒(méi)有它，連夜晚甚至都是一片漆黑。人類(lèi)雖然很早就認(rèn)識(shí)到磁現(xiàn)象，但直到了現(xiàn)代，人們對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)才逐漸系統(tǒng)化，發(fā)明了不計(jì)其數(shù)的電磁儀器，象電話(huà)、無(wú)線(xiàn)電、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等。如今，磁技術(shù)已經(jīng)滲透到了我們的日常生活和工農(nóng)業(yè)技術(shù)的各個(gè)方面，我們已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)磁性材料的廣泛應(yīng)用。我們的生活每時(shí)每刻都和磁性有關(guān)。沒(méi)有它，我們就無(wú)法看電視、聽(tīng)收音機(jī)、打電話(huà)；沒(méi)有它，連夜晚甚至都是一片漆黑。人類(lèi)雖然很早就認(rèn)識(shí)到磁現(xiàn)象，但直到了現(xiàn)代，人們對(duì)磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)才逐漸系統(tǒng)化，發(fā)明了不計(jì)其數(shù)的電磁儀器，象電話(huà)、無(wú)線(xiàn)電、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等。如今，磁技術(shù)已經(jīng)滲透到了我們的日常生活和工農(nóng)業(yè)技術(shù)的各個(gè)方面，我們已經(jīng)越來(lái)越離不開(kāi)磁性材料的廣泛應(yīng)用。第3頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁鐵的磁極

由于物質(zhì)的磁性既看不到，也摸不著，我們無(wú)法通過(guò)自己的五種感官（聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)）直接體會(huì)磁性的存在，但人們還是在實(shí)踐中逐步揭開(kāi)了其神秘面紗。磁鐵總有兩個(gè)磁極，一個(gè)是N極，另一個(gè)是S極。一塊磁鐵，如果從中間鋸開(kāi)，它就變成了兩塊磁鐵，它們各有一對(duì)磁極。不論把磁鐵分割得多么小，它總是有N極和S極，也就是說(shuō)N極和S極總是成對(duì)出現(xiàn)，無(wú)法讓一塊磁鐵只有N極或只有S極。

第4頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁極之間有相互作用，即同性相斥、異性相吸。也就是說(shuō)，N極和S極靠近時(shí)回相互吸引，而N極和N極靠近時(shí)回互相排斥。知道了這一點(diǎn)，我們就明白了為什么指南針會(huì)自動(dòng)指示方向。原來(lái)，地球就是一塊巨大的磁鐵，它的N極在地理的南極附近，而S極在地理的北極附近。這樣，如果把一塊長(zhǎng)條形的磁鐵用細(xì)線(xiàn)從中間懸掛起來(lái)，讓它自由轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，磁鐵的N極就會(huì)和地球的S極互相吸引，磁鐵的S極和地球的N極互相吸引，使得磁鐵方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到磁鐵的N極和S極分別指向地球的S極和N極為止。這時(shí)，磁鐵的N極所指示的方向就是地理的北極附近。第5頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、物質(zhì)磁性的起源如果磁是電磁以太渦旋，一個(gè)磁鐵，沒(méi)看到任何電磁以太的渦旋，為什么會(huì)有磁性？我們的回答是：物質(zhì)的磁性起源于原子中電子的運(yùn)動(dòng)，電子的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁以太的渦旋。第6頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天什么是磁性？簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，磁性是物質(zhì)放在不均勻的磁場(chǎng)中會(huì)受到磁力的作用。在相同的不均勻磁場(chǎng)中，由單位質(zhì)量的物質(zhì)所受到的磁力方向和強(qiáng)度，來(lái)確定物質(zhì)磁性的強(qiáng)弱。因?yàn)槿魏挝镔|(zhì)都具有磁性，所以任何物質(zhì)在不均勻磁場(chǎng)中都會(huì)受到磁力的作用。磁天平儀第7頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁性的來(lái)源物質(zhì)的磁性來(lái)自構(gòu)成物質(zhì)的原子，原子的磁性又主要來(lái)自原子中的電子。那么電子的磁性又是怎樣的呢？從科學(xué)研究已經(jīng)知道，原子中電子的磁性有兩個(gè)來(lái)源。一個(gè)來(lái)源是電子本身具有自旋，因而能產(chǎn)生自旋磁性，稱(chēng)為自旋磁矩；另一個(gè)來(lái)源是原子中電子繞原子核作軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)也能產(chǎn)生軌道磁性，稱(chēng)為軌道磁性。物質(zhì)是由原子組成的，而原子又是由原子核和位于原子核外的電子組成的。原子核好象太陽(yáng)，而核外電子就仿佛是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的行星。另外，電子除了繞著原子核公轉(zhuǎn)以外，自己還有自轉(zhuǎn)（叫做自旋），跟地球的情況差不多。一個(gè)原子就象一個(gè)小小的“太陽(yáng)系”）。另外，如果一個(gè)原子的核外電子數(shù)量多，那么電子會(huì)分層，每一層有不同數(shù)量的電子。第一層為1s，第二層有兩個(gè)亞層2s和2p，第三層有三個(gè)亞層3s、3p和3d，依此類(lèi)推。如果不分層，這么多的電子混亂地繞原子核公轉(zhuǎn)，是不是要撞到一起呢？第8頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天在原子中，核外電子帶有負(fù)電荷，是一種帶電粒子。電子的自轉(zhuǎn)會(huì)使電子本身具有磁性，成為一個(gè)小小的磁鐵，具有N極和S極。也就是說(shuō)，電子就好象很多小小的磁鐵繞原子核在旋轉(zhuǎn)。這種情況實(shí)際上類(lèi)似于電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的情況。既然電子的自轉(zhuǎn)會(huì)使它成為小磁鐵，那么原子乃至整個(gè)物體會(huì)不會(huì)就自然而然地也成為一個(gè)磁鐵了呢？當(dāng)然不是。如果是的話(huà)，豈不是所有的物質(zhì)都有磁性了？為什么只有少數(shù)物質(zhì)（象鐵、鈷、鎳等）才具有磁性呢？第9頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天原來(lái)，電子的自轉(zhuǎn)方向總共有上下兩種。在一些數(shù)物質(zhì)中，具有向上自轉(zhuǎn)和向下自轉(zhuǎn)的電子數(shù)目一樣多，，它們產(chǎn)生的磁極會(huì)互相抵消，整個(gè)原子，以至于整個(gè)物體對(duì)外沒(méi)有磁性。而對(duì)于大多數(shù)自轉(zhuǎn)方向不同的電子數(shù)目不同的情況來(lái)說(shuō)，雖然這些電子所磁矩不能相互抵消，導(dǎo)致整個(gè)原子具有一定的總磁矩。但是這些原子磁矩之間沒(méi)有相互作用，它們是混亂排列的，所以整個(gè)物體沒(méi)有強(qiáng)磁性。向上與向下自轉(zhuǎn)的電子數(shù)相等第10頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天只有少數(shù)物質(zhì)（例如鐵、鈷、鎳），它們的原子內(nèi)部電子在不同自轉(zhuǎn)方向上的數(shù)量不一樣，這樣，在自轉(zhuǎn)相反的電子磁極互相抵消以后，還剩余一部分電子的磁矩沒(méi)有被抵消。這樣，整個(gè)原子具有總的磁矩。同時(shí)，由于一種被稱(chēng)為“交換作用”的機(jī)理，這些原子磁矩之間被整齊地排列起來(lái)，整個(gè)物體也就有了磁性。當(dāng)剩余的電子數(shù)量不同時(shí)，物體顯示的磁性強(qiáng)弱也不同。例如，鐵的原子中沒(méi)有被抵消的電子磁極數(shù)最多，原子的總剩余磁性最強(qiáng)。而鎳原子中自轉(zhuǎn)沒(méi)有被抵消的電子數(shù)量很少，所有它的磁性比較弱。向上與向下自轉(zhuǎn)的電子數(shù)不相等第11頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天早在1820年，丹麥科學(xué)家?jiàn)W斯特就發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，第一次揭示了磁與電存在著聯(lián)系，從而把電學(xué)和磁學(xué)聯(lián)系起來(lái)。第12頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天安培分子電流假說(shuō)為了解釋永磁和磁化現(xiàn)象，安培提出了分子電流假說(shuō)。安培認(rèn)為，任何物質(zhì)的分子中都存在著環(huán)形電流，稱(chēng)為分子電流，而分子電流相當(dāng)一個(gè)基元磁體。當(dāng)物質(zhì)在宏觀上不存在磁性時(shí)，這些分子電流做的取向是無(wú)規(guī)則的，它們對(duì)外界所產(chǎn)生的磁效應(yīng)互相抵消，故使整個(gè)物體不顯磁性。在外磁場(chǎng)作用下，等效于基元磁體的各個(gè)分子電流將傾向于沿外磁場(chǎng)方向取向，而使物體顯示磁性。

第13頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天安培簡(jiǎn)介安德烈·瑪麗·安培（André-MarieAmpère，1775年—1836年），法國(guó)物理學(xué)家，在電磁作用方面的研究成就卓著，對(duì)數(shù)學(xué)和化學(xué)也有貢獻(xiàn)。電流的國(guó)際單位安培即以其姓氏命名。第14頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天

安培最主要的成就是1820～1827年對(duì)電磁作用的研究。1820年7月，H.C.奧斯特發(fā)表關(guān)于電流磁效應(yīng)的論文后，安培報(bào)告了他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通電的線(xiàn)圈與磁鐵相似；9月25日，他報(bào)告了兩根載流導(dǎo)線(xiàn)存在相互影響，相同方向的平行電流彼此相吸，相反方向的平行電流彼此相斥；對(duì)兩個(gè)線(xiàn)圈之間的吸引和排斥也作了討論。通過(guò)一系列經(jīng)典的和簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)識(shí)到磁是由運(yùn)動(dòng)的電產(chǎn)生的。他用這一觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明地磁的成因和物質(zhì)的磁性。他提出分子電流假說(shuō)。在科學(xué)高度發(fā)展的今天，安培的分子電流假說(shuō)有了實(shí)在的內(nèi)容，已成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性的重要依據(jù)。為了進(jìn)一步說(shuō)明電流之間的相互作用，1821～1825年，安培做了關(guān)于電流相互作用的四個(gè)精巧的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)這四個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出兩個(gè)電流元之間的相互作用力公式。1827年，安培將他的電磁現(xiàn)象的研究綜合在《電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論》一書(shū)中，這是電磁學(xué)史上一部重要的經(jīng)典論著，對(duì)以后電磁學(xué)的發(fā)展起了深遠(yuǎn)的影響。為了紀(jì)念安培在電學(xué)上的杰出貢獻(xiàn)，電流的單位安培是以他的姓氏命名的。

第15頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁電聯(lián)系磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象有本質(zhì)的聯(lián)系。物質(zhì)的磁性和電子的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。烏倫貝克與哥德斯密特最先提出的電子自旋概念，是把電子看成一個(gè)帶電的小球，他們認(rèn)為，與地球繞太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)相似，電子一方面繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)，相應(yīng)有軌道角動(dòng)量和軌道磁矩，另一方面又繞本身軸線(xiàn)自轉(zhuǎn)，具有自旋角動(dòng)量和相應(yīng)的自旋磁矩。施特恩-蓋拉赫從銀原子射線(xiàn)實(shí)驗(yàn)中所測(cè)得的磁矩正是這自旋磁矩。（現(xiàn)在人們認(rèn)為把電子自旋看成是小球繞本身軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)是不正確的。）

第16頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天電子繞原子核作圓軌道運(yùn)轉(zhuǎn)和繞本身的自旋運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生電磁以太的渦旋而形成磁性，人們常用磁矩來(lái)描述磁性。因此電子具有磁矩，電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。在晶體中，電子的軌道磁矩受晶格的作用，其方向是變化的，不能形成一個(gè)聯(lián)合磁矩，對(duì)外沒(méi)有磁性作用。因此，物質(zhì)的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每個(gè)電子自旋磁矩的近似值等于一個(gè)波爾磁子。是原子磁矩的單位，。因?yàn)樵雍吮入娮又?000倍左右，其運(yùn)動(dòng)速度僅為電子速度的幾千分之一，故原子核的磁矩僅為電子的千分之幾，可以忽略不計(jì)。第17頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天孤立原子的磁矩決定于原子的結(jié)構(gòu)。原子中如果有未被填滿(mǎn)的電子殼層，其電子的自旋磁矩未被抵消，原子就具有“永久磁矩”。例如，鐵原子的原子序數(shù)為26，共有26個(gè)電子，在5個(gè)軌道中除了有一條軌道必須填入2個(gè)電子（自旋反平行）外，其余4個(gè)軌道均只有一個(gè)電子，且這些電子的自旋方向平行，由此總的電子自旋磁矩為4。

第18頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、物質(zhì)磁性的分類(lèi)1順磁性2鐵磁性

3反鐵磁性

4抗磁性第19頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天世界上的物質(zhì)究竟有多少種磁性呢？一般說(shuō)來(lái)，物質(zhì)的磁性可以分為弱磁性和強(qiáng)磁性，再根據(jù)磁性的不同特點(diǎn)，弱磁性又分為抗磁性、順磁性和反鐵磁性，強(qiáng)磁性又分為鐵磁性和亞鐵磁性。這些都是宏觀物質(zhì)的原子中的電子產(chǎn)生的磁性，原子中的原子核也具有磁性，稱(chēng)為核磁性。但是核磁性只有電子磁性的約千分之一或更低，故一般講物質(zhì)磁性和原子磁性都主要考慮原子中的電子磁性。原子核的磁性很低是由于原子核的質(zhì)量遠(yuǎn)高于電子的質(zhì)量，而且原子核磁性在一定條件下仍有著重要的應(yīng)用，例如現(xiàn)在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的核磁共振成像(也常稱(chēng)磁共振CT，CT是計(jì)算機(jī)化層析成像的英文名詞的縮寫(xiě))，便是應(yīng)用氫原子核的磁性。第20頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天抗磁性當(dāng)磁化強(qiáng)度M為負(fù)時(shí)，固體表現(xiàn)為抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金屬具有這種性質(zhì)。在外磁場(chǎng)中，這類(lèi)磁化了的介質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度M?？勾判晕镔|(zhì)的原子（離子）的磁矩應(yīng)為零，即不存在永久磁矩。當(dāng)抗磁性物質(zhì)放入外磁場(chǎng)中，外磁場(chǎng)使電子軌道改變，感生一個(gè)與外磁場(chǎng)方向相反的磁矩，表現(xiàn)為抗磁性。所以抗磁性來(lái)源于原子中電子軌道狀態(tài)的變化。抗磁性物質(zhì)的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般約為-10-5，為負(fù)值。

第21頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天順磁性順磁性物質(zhì)的主要特征是，不論外加磁場(chǎng)是否存在，原子內(nèi)部存在永久磁矩。但在無(wú)外加磁場(chǎng)時(shí)，由于順磁物質(zhì)的原子做無(wú)規(guī)則的熱振動(dòng)，宏觀看來(lái)，沒(méi)有磁性；在外加磁場(chǎng)作用下，每個(gè)原子磁矩比較規(guī)則地取向，物質(zhì)顯示極弱的磁性。磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)方向一致，為正，而且嚴(yán)格地與外磁場(chǎng)H成正比。順磁性物質(zhì)的磁性除了與H有關(guān)外，還依賴(lài)于溫度。其磁化率H與絕對(duì)溫度T成反比。順磁性物質(zhì)的磁化率一般也很小，室溫下H約為10-5。一般含有奇數(shù)個(gè)電子的原子或分子，電子未填滿(mǎn)殼層的原子或離子，如過(guò)渡元素、稀土元素、鋼系元素，還有鋁鉑等金屬，都屬于順磁物質(zhì)。

第22頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天鐵磁性對(duì)諸如Fe、Co、Ni等物質(zhì)，在室溫下磁化率可達(dá)10-3數(shù)量級(jí)，稱(chēng)這類(lèi)物質(zhì)的磁性為鐵磁性。鐵磁性物質(zhì)即使在較弱的磁場(chǎng)內(nèi)，也可得到極高的磁化強(qiáng)度，而且當(dāng)外磁場(chǎng)移去后，仍可保留極強(qiáng)的磁性。其磁化率為正值，但當(dāng)外場(chǎng)增大時(shí)，由于磁化強(qiáng)度迅速達(dá)到飽和，其H變小。鐵磁性物質(zhì)具有很強(qiáng)的磁性，主要起因于它們具有很強(qiáng)的內(nèi)部交換場(chǎng)。鐵磁物質(zhì)的交換能為正值，而且較大，使得相鄰原子的磁矩平行取向（相應(yīng)于穩(wěn)定狀態(tài)），在物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域——磁疇。每個(gè)磁疇大約有1015個(gè)原子。這些原子的磁矩沿同一方向排列，假設(shè)晶體內(nèi)部存在很強(qiáng)的稱(chēng)為“分子場(chǎng)”的內(nèi)場(chǎng)，“分子場(chǎng)”足以使每個(gè)磁疇自動(dòng)磁化達(dá)飽和狀態(tài)。這種自生的磁化強(qiáng)度叫自發(fā)磁化強(qiáng)度。由于它的存在，鐵磁物質(zhì)能在弱磁場(chǎng)下強(qiáng)列地磁化。因此自發(fā)磁化是鐵磁物質(zhì)的基本特征，也是鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)的區(qū)別所在。鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現(xiàn)出來(lái)，超過(guò)這一溫度，由于物質(zhì)內(nèi)部熱騷動(dòng)破壞電子自旋磁矩的平行取向，因而自發(fā)磁化強(qiáng)度變?yōu)?，鐵磁性消失。這一溫度稱(chēng)為居里點(diǎn)。在居里點(diǎn)以上，材料表現(xiàn)為強(qiáng)順磁性，其磁化率與溫度的關(guān)系服從居里——外斯定律。第23頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天反鐵磁性反鐵磁性是指由于電子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自發(fā)磁化強(qiáng)度，電子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，電子磁矩反向排列。兩個(gè)子晶格中自發(fā)磁化強(qiáng)度大小相同，方向相反，整個(gè)晶體。反鐵磁性物質(zhì)大都是非金屬化合物。不論在什么溫度下，都不能觀察到反鐵磁性物質(zhì)的任何自發(fā)磁化現(xiàn)象，因此其宏觀特性是順磁性的，M與H處于同一方向，磁化率為正值。溫度很高時(shí)，極??；溫度降低，逐漸增大。在一定溫度時(shí)，達(dá)最大值。稱(chēng)為反鐵磁性物質(zhì)的居里點(diǎn)或尼爾點(diǎn)。對(duì)尼爾點(diǎn)存在的解釋是：在極低溫度下，由于相鄰原子的自旋完全反向，其磁矩幾乎完全抵消，故磁化率幾乎接近于0。當(dāng)溫度上升時(shí)，使自旋反向的作用減弱，增加。當(dāng)溫度升至尼爾點(diǎn)以上時(shí)，熱騷動(dòng)的影響較大，此時(shí)反鐵磁體與順磁體有相同的磁化行為。

第24頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天怎樣表示物質(zhì)磁性的強(qiáng)弱呢？為什么吸鐵石并沒(méi)有接觸鋼鐵就可以吸引它？在一塊硬紙板的下面放兩塊磁鐵，并且讓它們的S極相對(duì)。紙板上面撒一些細(xì)的鐵粉末?？磿?huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？鐵的粉末會(huì)自動(dòng)排列起來(lái)，形成一串串曲線(xiàn)的樣子。其中，N極和S極之間的曲線(xiàn)是連續(xù)的，也就是說(shuō)曲線(xiàn)從N極直至S極。而S極和S極之間的曲線(xiàn)互相排斥，不能融合和貫穿。這種現(xiàn)象說(shuō)明，磁鐵的磁極之間存在某種聯(lián)系。因此，我們可以假想，在磁極之間存在著一種曲線(xiàn)，它代表著磁極之間相互作用的強(qiáng)弱。這種假想的曲線(xiàn)稱(chēng)為磁力線(xiàn)，并規(guī)定磁力線(xiàn)從N極出發(fā)，最終進(jìn)入S極。這樣，只要有磁極存在，它就向空間不斷地發(fā)出磁力線(xiàn)，而且離磁極近的地方磁力線(xiàn)密，而遠(yuǎn)處磁力線(xiàn)稀疏。鐵粉末的排列形狀就是磁力線(xiàn)的走向。第25頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天有了磁力線(xiàn)，我們就可以很方便地描述磁鐵之間的相互作用。但是必須明白，磁力線(xiàn)是我們?yōu)榱死斫夥奖愣傧氲?，?shí)際上并不存在。在磁極周?chē)目臻g中真正存在的不是磁力線(xiàn)，而是一種場(chǎng)，我們稱(chēng)之為磁場(chǎng)。磁性物質(zhì)的相互吸引等就是通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行的。我們知道，物質(zhì)之間存在萬(wàn)有引力，它是一種引力場(chǎng)。磁場(chǎng)與之類(lèi)似，是一種布滿(mǎn)磁極周?chē)臻g的場(chǎng)。磁場(chǎng)的強(qiáng)弱可以用假想的磁力線(xiàn)數(shù)量來(lái)表示，磁力線(xiàn)密的地方磁場(chǎng)強(qiáng)，磁力線(xiàn)疏的地方磁場(chǎng)弱。單位截面上穿過(guò)的磁力線(xiàn)數(shù)目稱(chēng)為磁通量密度。第26頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)受到一種稱(chēng)為洛侖茲(Lorentz)力作用。由同樣帶電粒子在不同磁場(chǎng)中所受到洛侖磁力的大小來(lái)確定磁場(chǎng)強(qiáng)度的高低。是測(cè)量脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)的磁通密度的特斯拉磁強(qiáng)計(jì)，簡(jiǎn)稱(chēng)特斯拉計(jì)。特斯拉是磁通密度的國(guó)際單位制單位。磁通密度是描述磁場(chǎng)的基本物理量，而磁場(chǎng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)的輔助量。特斯拉(Tesla，N)(1886~1943)是克羅地亞裔美國(guó)電機(jī)工程師，曾發(fā)明變壓器和交流電動(dòng)機(jī)。物質(zhì)的磁性不但是普遍存在的，而且是多種多樣的，并因此得到廣泛的研究和應(yīng)用。近自我們的身體和周邊的物質(zhì)，遠(yuǎn)至各種星體和星際中的物質(zhì)，微觀世界的原子、原子核和基本粒子，宏觀世界的各種材料，都具有這樣或那樣的磁性。第27頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁現(xiàn)象的應(yīng)用1生物界和醫(yī)學(xué)界的磁應(yīng)用

2天文、地質(zhì)、考古和采礦等領(lǐng)域的磁應(yīng)用

3軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用

4在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)用

第28頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天傳統(tǒng)工業(yè)磁性材料已經(jīng)在傳統(tǒng)工業(yè)的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。

例如，如果沒(méi)有磁性材料，電氣化就成為不可能，因?yàn)榘l(fā)電要用到發(fā)電機(jī)、輸電要用到變壓器、電力機(jī)械要用到電動(dòng)機(jī)、電話(huà)機(jī)、收音機(jī)和電視機(jī)中要用到揚(yáng)聲器。眾多儀器儀表都要用到磁鋼線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)。第29頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天生物界和醫(yī)學(xué)界

信鴿愛(ài)好者都知道，如果把鴿子放飛到數(shù)百公里以外，它們還會(huì)自動(dòng)歸巢。鴿子為什么有這么好的認(rèn)家本領(lǐng)呢？原來(lái)，鴿子對(duì)地球的磁場(chǎng)很敏感，它們可以利用地球磁場(chǎng)的變化找到自己的家。如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵，鴿子就會(huì)迷航。如果鴿子飛過(guò)無(wú)線(xiàn)電發(fā)射塔，強(qiáng)大的電磁波干擾也會(huì)使它們迷失方向。第30頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天在醫(yī)學(xué)上，利用核磁共振可以診斷人體異常組織，判斷疾病，這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術(shù)，其基本原理如下：原子核帶有正電，并進(jìn)行自旋運(yùn)動(dòng)。通常情況下，原子核自旋軸的排列是無(wú)規(guī)律的，但將其置于外加磁場(chǎng)中時(shí)，核自旋空間取向從無(wú)序向有序過(guò)渡。自旋系統(tǒng)的磁化矢量由零逐漸增長(zhǎng)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，磁化強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定值。如果此時(shí)核自旋系統(tǒng)受到外界作用，如一定頻率的射頻激發(fā)原子核即可引起共振效應(yīng)。在射頻脈沖停止后，自旋系統(tǒng)已激化的原子核，不能維持這種狀態(tài)，將回復(fù)到磁場(chǎng)中原來(lái)的排列狀態(tài)，同時(shí)釋放出微弱的能量，成為射電信號(hào)，把這許多信號(hào)檢出，并使之時(shí)進(jìn)行空間分辨，就得到運(yùn)動(dòng)中原子核分布圖像。第31頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁共振的特點(diǎn)是流動(dòng)液體不產(chǎn)生信號(hào)稱(chēng)為流動(dòng)效應(yīng)或流動(dòng)空白效應(yīng)。因此血管是灰白色管狀結(jié)構(gòu)，而血液為無(wú)信號(hào)的黑色。這樣使血管很容易軟組織分開(kāi)。正常脊髓周?chē)心X脊液包圍，腦脊液為黑色的，并有白色的硬膜為脂肪所襯托，使脊髓顯示為白色的強(qiáng)信號(hào)結(jié)構(gòu)。核磁共振已應(yīng)用于全身各系統(tǒng)的成像診斷。效果最佳的是顱腦，及其脊髓、心臟大血管、關(guān)節(jié)骨骼、軟組織及盆腔等。對(duì)心血管疾病不但可以觀察各腔室、大血管及瓣膜的解剖變化，而且可作心室分析，進(jìn)行定性及半定量的診斷，可作多個(gè)切面圖，空間分辨率高，顯示心臟及病變?nèi)?，及其與周?chē)Y(jié)構(gòu)的關(guān)系，優(yōu)于其他X線(xiàn)成像、二維超聲、核素及CT檢查。第32頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天磁不僅可以診斷，而且能夠幫助治療疾病。磁石是古老中醫(yī)的一味藥材?，F(xiàn)在，人們利用血液中不同成分的磁性差別來(lái)分離紅細(xì)胞和白細(xì)胞。另外，磁場(chǎng)與人體經(jīng)絡(luò)的相互作用可以實(shí)現(xiàn)磁療，在治療多種疾病方面有獨(dú)到的作用，已經(jīng)有磁療枕、磁療腰帶等應(yīng)用。用磁鐵作成的除鐵器可以去除面粉等中可能存在的鐵末，磁化水可以防止鍋爐結(jié)垢，磁化種子可以在一定程度上使農(nóng)作物增產(chǎn)。

第33頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天天文、地質(zhì)、考古和采礦等領(lǐng)域我們已經(jīng)知道，地球是一塊巨大的磁鐵，那么，它的磁性來(lái)自何處？它是自古就有的嗎？它和地質(zhì)狀況有什么聯(lián)系？宇宙中的磁場(chǎng)又是如何的？第34頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天我國(guó)自古代就有了北極光的記載。北極光實(shí)際上是太陽(yáng)風(fēng)中的粒子和地磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果。太陽(yáng)風(fēng)是由太陽(yáng)發(fā)出的高能帶電粒子流。當(dāng)它們到達(dá)地球時(shí)，與地磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，就好象帶電流的導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力一樣，使得這些粒子向南北極運(yùn)動(dòng)和聚集，并且和地球高空的稀薄氣體相碰撞，結(jié)果使氣體分子受激發(fā)，從而發(fā)光。

第35頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)上磁場(chǎng)活動(dòng)非常劇烈的區(qū)域。太陽(yáng)黑子的爆發(fā)對(duì)我們的生活會(huì)產(chǎn)生影響，例如使得無(wú)線(xiàn)電通信暫時(shí)中斷等。因此，研究太陽(yáng)黑子對(duì)我們有重要意義。

第36頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天地磁的變化可以用來(lái)勘探礦床。由于所有物質(zhì)均具有或強(qiáng)或弱的磁性，如果它們聚集在一起，形成礦床，那么必然對(duì)附近區(qū)域的地磁場(chǎng)產(chǎn)生干擾，使得地磁場(chǎng)出現(xiàn)異常情況。根據(jù)這