什么是磁性磁性的分類(lèi)
能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)的性質(zhì)稱(chēng)為磁性。那么你對(duì)磁性了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是磁性的內(nèi)容，希望大家喜歡!
磁性的概念
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。
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。
運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在磁場(chǎng)中會(huì)受到一種稱(chēng)為洛倫茲(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。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。
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)的磁性可以分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性。
磁性的分類(lèi)
1、 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?？勾判晕镔|(zhì)的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般約為-10^-5，為負(fù)值。
2、 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。
式中，C稱(chēng)為居里常數(shù)，取決于順磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度和磁矩大小。
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)。
3、 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，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，
式中C為居里常數(shù)。
4、 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，如MnO。
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)， 極小;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)的奈爾溫度。對(duì)奈爾點(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)溫度升至奈爾點(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。
5、 亞鐵磁性
亞鐵磁性是指有兩套子晶格的形成的磁性材料。不同子晶格的磁矩方向和反鐵磁一樣，但是不同子晶格的磁化強(qiáng)度不同，不能完全抵消掉，所以有剩余磁矩，稱(chēng)為亞鐵磁。反鐵磁性物質(zhì)大都是合金，如TbFe合金。 亞鐵磁也有從亞鐵磁變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度，稱(chēng)為居里溫度。
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。
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)。
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。
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。(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。)
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)。
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 。
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