磁性的本質是什麼?

yukiT


磁的本質就是由電衍生而來,是電的變化產生的磁場,即電生磁。如果沒有電,就沒有磁。



最早,人們並不知道磁和電的關係,很多人都認為磁是磁,電是電。磁具有和電類似的性質,是由磁荷產生(相對於電荷)。而直到1820年,奧斯特偶然間發現了在通有電流的導線旁邊放上一個小磁體,小磁體竟然會發生偏轉。才揭示了原來磁可以由電產生。十年後,法拉第發現了在磁場中,導體組成的閉合電路做切割磁感線的運動可以產生電流,由此揭示電磁感應定律。特別是隨後麥克斯韋方程組的提出,更是把磁和電緊密結合在了一起,電生磁、磁生電被人們所熟知,甚至還預測了電磁波的存在。至此,磁現象的本質被認為是電的變化。




說到這裡,可能有人要問,既然電流可以產生磁場,那麼磁鐵沒有電流,為什麼也會產生磁場?按理來說不應該啊?

這個問題就要從微觀層面來說了:我們都知道,物質是由分子、原子組成。原子由一個核外運動的電子組成,電子圍繞著原子核公轉和自轉,就像電流一樣。所以,原子是可以產生磁場的,具有磁距的。一般的物質,電子產生的磁場方向雜亂無序,相互抵消,整體表現為無磁性。而磁鐵,它的內部電子排布較為規整,產生的磁場方向一致性好,磁場相互疊加加強,就表現出來了強的外部磁場。



而生活中的核磁共振就是根據原子的磁共振原理來進行分析檢測的。所以,磁就是由電產生,是電流運動導致的一種物質場。

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PhD肖


磁學性質是物質的重要物理性質之一。通過磁矩測量分子結構也是很重要的方法之一。按照磁學性質可將物質劃分為:順磁性、反磁性、鐵磁性和反鐵磁性四類。接下來逐一簡單介紹這四種性質。

1.順磁性

順磁性是將某種物質置於磁感應強度為B0的磁場中,則該物質內部的磁感應強度為B,則有公式

B'是物質磁化產生的附加磁感應強度。如果是均勻的物質,B'可以和B0方向相同,也可以相反。如果兩者方向相同,稱為順磁性物質。順磁性物質在外加磁場中被吸引,由於B'比B0小,順磁性物質在外加磁場方向被磁化的程度比較輕微。

磁性是由帶電粒子運動產生的,物質的磁性源於原子中電子的自旋運動、電子的軌道運動以及原子核的質子和中子的運動。相應磁矩分別稱為電子自旋磁矩、電子的軌道磁矩與核磁矩。順磁性物質的磁矩主要來自於電子的自旋運動。可按下式公式計算

n為未成對電子數,B.M.是磁矩的單位,叫做波爾磁子,按照這個公式計算的磁矩與實驗測得的磁矩相符,就屬於順磁性物質。這類具有未成對電子的分子,它的磁矩在無外加磁場時就存在,稱為永久磁體。

2.反磁性

如果某物質在磁感應強度為B0的磁場中所產生的附加磁感應強度B',當B'方向與B0相反時,這種物質稱為反磁性物質,也叫抗磁性物質。反磁性物質在外加磁場中被排斥。在反磁性物質的分子中,所有電子都自旋成對,沒有未成對電子,所以沒有永久磁矩。在外加磁場中,電子都成對出現,淨的磁矩為0,而電子的軌道運動在磁場方向產生的淨的軌道磁矩,其方向與外加磁場相反。這種磁矩是在磁場的誘導下產生,磁場撤除後,隨即消失。實際上順磁性的物質的分子,也有成對電子,也具有反磁性,只是因為順磁性物質的分子具有永久磁矩,所以順磁性超過反磁性,淨結果表現為具有順磁性。

3.鐵磁性

鐵磁性物質首先是具有順磁性,但是這類物質在外加磁場B0中,所產生的附加磁感應強度B'比B0大很多。在足夠低的溫度下,很多順磁性物質會發生相變,轉變成其中所有自旋都彼此排列整齊,從而大大增強了物質的磁性。當外加磁場消除後,其磁感應強度仍然保持不變。當鄰近的自旋在物質中適當大的區域內按相同的方向排布時,就會產生很強的磁感應強度,這種區域成為磁疇。

如圖,a圖順磁性物質中,原子或分子是混亂排布的;b圖就是在鐵磁性物質中,原子的磁矩組合成磁疇;c未磁化的鐵磁性物質中,磁疇的方向是混亂的;d被磁化後,磁疇方向是一致的

在鐵磁性物質中的磁疇中,含有相當大數量的同一方向自旋的原子。未被磁化前這些磁疇的方向可能有多種,因此,它們的磁矩能相互抵消。然而鐵磁性物質被放在外加磁場中,這些磁疇就調整為按同一方向排列而產生很強的磁效應。在被磁化的過程中,磁疇方向的調整如同物質的重結晶過程而形成有規則的晶體,當磁場撤除後,磁疇方向不變,這種物質成為永磁材料。

總之,一種物質具有鐵磁性的關鍵因素有兩點:一是該物質必須有未成對電子,或者說這種物質必須有順磁性;二是原子間的距離必須適合於使原子有可能形成磁疇。常見的鐵、鈷、鎳都是鐵磁性物質,因此可以作為鐵磁性材料

4.反鐵磁性

與鐵磁性相反,當從具有順磁性物質發生相變時,物質中相鄰的自旋按相反方向排列,自旋的順磁性收到強烈地抑制,這種物質成為反鐵磁性,NiO就是少見的反鐵磁性的物質。

我的介紹可能不是太清楚,如果要詳細瞭解,可以找相關書籍學習。


CampNou之魂


愛因斯坦已經說了,磁場是電場在不同參照系體現,運動的電荷產生磁場。我對經典的電磁現象總結了一下,對磁場的認識又加深了一步。得出一條規則(磁力是電荷有了相對運動而增強的電力。既磁場是電荷相對運動而增強的電場)。上高中時有一個難題困擾著我,為什麼通了同向電流的導線是相吸引的,而真空中同向飛行的電子流是相排斥的?導線裡流動的不也是電子嗎,導線在此起了什麼作用?當時不知道什麼是相對論。我就想:兩條導線裡流動的自由電子肯定是相互排斥的,而兩條導線裡的原子核肯定也是相互拍斥的。那吸引力道底是從哪裡冒出來的呢?再一想(那時除了暗戀女生就剩瞎想了)只有電子與原子核之間才有吸引力呀!看來只能從這裡下手了。雖然自由電子在流動但是兩條導線裡的正負電荷的數量是相等的呀!是靜電平衡的呀,同種電荷相斥,異種電荷相吸。怎麼會有多餘的吸引力呢。看來還跟運動有關,運動又是相對的,假如兩條導線裡的自由電子都以相同的速度運動,那兩邊的自由電子就是相對靜止的。但是其中一條導線裡的自由電子相對與另一條導線裡的原子核是有相對運動的。是不是有了相對運動以後它們之間的吸引力不再由靜電常數決定,靜電常數是用靜電測出來的,動電是不是就不適用了呢!當你站立不動時,你臉部皮膚的外側受到的是一個大氣壓(因為皮膚內側也是受到一個大氣壓,是平衡的,所以感覺不到壓力)當你向前奔跑時,氣體分子撞擊面部的速度加大了,壓力也增大了。也就感覺到風了,風就是因為運動而增加的空氣壓力!電場會不會也一樣呢?假如把靜電場想象成空氣,磁場想象成風,磁就是電風!(我是不是瘋了)就可以圓滿解釋兩條通了同向電流的導線相吸引的問題了,兩條導線裡自由電子之間,原子核之間的排斥力保持不變,而一條導線裡的自由電子相對於另一條導線裡的原子核之間的吸引力因為宏觀的(微觀的相互運動增加的力已經抵消了)相互運動而增加了。通了反向電流的導線相排斥也是一個道理。經過若干年的琢磨,後來發現這個規則通過衍生可以解釋所有的經典電磁現象,包括電磁感應,電磁波。本文原創


手機用戶前途無亮


磁場是一種物質,磁場的產生本質是電流。微觀上,永磁鐵是內部分子電流產生(安培分子電流假說),後來,人們發現原子核外有電子環繞運動,這就解釋了磁性的產生。


高中物理工作室


這個問題目前還沒有研究透徹,我認為磁性物質是一種特殊的能量存儲產品,也可以簡化稱為與電池類似的磁池。如果我們可以慢慢釋放其中能量,他就是和電池一樣的能量存儲器了。


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