磁

维基百科，自由的百科全书

跳转到： 导航, 搜索
電磁學
電 · 磁
本模板: 查看 • 討論 • 編輯 • 歷史

磁是物質間相互吸引或排斥的一種物理現象。常見的磁性物質是鐵和磁石，以及某些鋼鐵類。雖然一般物質並不具有磁性，然而在磁場中的物質仍會受到輕微磁力的作用，但一般必須用特殊儀器才能測得。

磁力是由於電荷運動所產生的基本力。馬克士威方程組描述了這種力的來源及其行為定律（另參考必歐-沙伐定律）。當電荷或帶電物體在運動狀態下將產生磁。例如「電磁感應」是電子在電路中移動時具有的現象；而「永久磁鐵」是電子中的次原子固定的自旋運動所造成的現象。

目录

[编辑] 对磁性的认识和利用简史

一根磁铁吸引纸上的小铁屑而绘出磁力线

根據歷史的記載，早在孔子時代，中國人就已經知道利用磁石來辨別方向。在漢武帝的時候，欒大首先製造棋子形的磁鐵，當作宮廷中的玩具。以後的人，用鋼針摩擦磁石，或者加熱鋼針，一直到通紅以後，再把兩頭順著南北方向，浸入冷水中。這兩種方法，都能使鋼針變成磁針。這是人造磁鐵的開始。歐洲人也使用相同方法製造磁鐵，不過，比中國遲了四百多年，現代的磁鐵，大都是用通電流的線圈，感應製成的，磁性比天然磁石強上很多倍。

  • 中国人被认为是最早利用磁性的，他们早在4000年前就开始利用天然磁石制成指南针来指示方向。
  • 1600年，英国人吉尔伯特（William Gilbert） 发表了《De Magnete》 (论磁)，首次提出了地磁场的概念，并认为可以利用磁针的纵向偏移来测定纬度。
  • 1777年，法国人库仑（Charles Coulomb）首次发现了磁吸力与斥力均遵循平方反比律。
  • 1820年，丹麦人奥斯特（Hans Christain Oersted）首次利用电流得到磁场，这也是人类历史上第一次使用非天然磁石来产生磁场。
  • 1826年，法国人安培（Andre-Marie Ampere ）以分子电流假说为基础，最早提出了关于磁性介质的理论。
  • 1831年，英国人法拉第（Michael Faraday）发现磁能生电，并制成发电机和电动机。
  • 1834年，英国人麦克斯韦（James Clerk Maxwell）统一电磁理论，提出著名的麦克斯韦方程组。这一方程组是整个经典电动力学理论的基础。
  • 1878年，英国人奥尔柏林·史密斯（Oberlin Smith）于杂志 《Electric World》上发表文章，首次阐述了磁性记录仪器。不久后于1898年，第一个磁性记录仪器真正诞生——这是现代硬盘和其他磁存储技术的鼻祖。
  • 19世纪后半期，居里兄弟提出了关于铁磁性和顺磁性的著名的居里定律。
  • 20世纪初期，对于顺磁性和铁磁性都发展了相应的系统理论——郎之万理论和外斯理论。

从20世纪至今，磁存储技术迅速发展，巨磁阻现象和垂直写入技术仍是目前磁学领域的最尖端课题。

[编辑] 磁石的特性

磁石很有「性格」，磁鐵也有相同的性質。這種性質就叫做「磁性」。 磁性除了能吸引鐵之外，還包括下列各種特性：

  • 磁鐵都有兩個磁極，是磁性最強的部份。
  • 條形磁鐵的兩個磁極，就是它的兩端。
  • 把條形磁鐵的中點用細線懸掛起來，靜止的時候，它的兩端各指向南方和北方，指南的一端叫指南極（或S極），指北的一端叫指北極（或N極）。
  • 每個磁鐵都有S極和N極。
  • 兩個磁鐵互相靠近時，同名的磁極會相排斥，異名的磁極會相吸引。

[编辑] 磁偶极

一般來說，磁場被視為具有雙極性（或稱磁偶極），也就是具有南極和北極。這種稱呼是來自於古代使用的羅盤，而羅盤是由盤上的磁針與地球磁場的相互吸引才能正確指出南北方向的。

磁場具有勢能，而能量愈低者在物理系統中愈穩定。亦即當磁偶極置放於磁場中時，其極性將會與磁場的極性相對，使得其所受的「淨磁力」與「存儲能」能夠降到最低。舉例來說，兩個棒狀的磁鐵通常會順著彼此的南北極排列，而使得淨磁場降低為零，並且將會有一股斥力阻止其重新轉向。使其重新轉向所需的能量則儲存在其磁場中，所需要的力則是個別磁鐵的兩倍。

[编辑] 磁单极子

如果我们将带有磁性的金属棒截断为二，新得到的两根磁棒则会“自动地”产生新的磁场，重新编排磁场的北极、南极，原先的北极南极两极在截断磁棒后会转换成四极各磁棒一南一北。如果继续截下去，磁场也同时会继续改变磁场的分布，每段磁棒总是会有相应的南北两极。而磁单极子，如果真的存在的话，则是完全不同的物体。它是一个完全独立的南极，完全没有跟任何北极链接，或者反之亦然。尽管对磁单极子的系统研究从1931年就开始了，但到目前为止，还没有被观察到，而且非常可能并不存在。[1] 然而，有些理论物理学模型则预言了磁单极子的存在。保罗·狄拉克在1931年断言，因为电场与磁场表现出一定的对称性，就像在量子理论预言的正电荷或者负电荷并不需要相反的电荷存在，独立的南极或者北极应该也能被观测到。在量子理论中，迪拉克预言，如果磁单极子如果存在，就可以解释电荷的量子化 -- 就是为何可以观察到基本粒子的带电量是电子电量的倍数。

一些大统一理论也预言了磁单极子就像基本粒子一样，是孤立的能量包。使用这些模型去估计大爆炸中产生的磁单极子的数目，最初是与对宇宙的观察结果相矛盾的--磁单极子是如此的多而巨大甚至可以阻止宇宙的膨胀。然而宇宙膨胀理论(也是这个理论被提出的原因之一)成功的解决了这个问题。这个理论建立了一个模型，使得磁单极子在宇宙中存在，但数量极少与实际观测“相符”。[2]

[编辑] 原子磁偶极子

[编辑] 磁鐵的種類

[编辑] 電磁鐵

電磁鐵是種被普遍應用的磁鐵，因為我們可以容易地將它的磁性啟動或是消除；例如：大型起重機利用電磁鐵將廢棄車輛抬起。

當一條導線內部通有電流時，會在周圍的空間中，根據"右手定則"建立磁場。若將右手掌張開當做模型，拇指所指的是導線上電流的流動方向——由正極流往負極("慣用的電流流向"，與實際的電子流動方向相反)。再將拇指以外的四指握成拳頭狀，他們代表著包覆在導線外的磁場方向：由手指根部順著手指，指往手指尖端的方向。

我們也可以用另一種幾何圖形來理解：在一個環形或是螺旋線圈狀的導線裡，電流將沿著導線以畫圓圈的方式通過，所以，按照先前所說的"右手定則"，當電流通過一個圓圈中的每一小塊圓弧時，位於圓心的磁場方向都會指向同一方；現在我們假設電流是沿著一個鐘面逆時針流動，有一個人面對鐘面，站在正前方，則這一圈電流在圓心所產生的磁場方向是"由圓心垂直指向這個人"。這種環形電流會產生磁偶極，其強度將視圓環上的電流量，或是螺旋線圈的圈數乘上電流量的值而定。

[编辑] 永磁体

[编辑] 铝镍钴(Aluminium nickel cobalt)

铝镍钴(AlNiCo)永磁材料采用将铝、镍、钴以及少量其他增强磁性能的成分做成合金，再通过铸造或者烧结处理成形。烧结处理为永磁体提供了良好的机械特性，而铸造的方法则可以提供更高的磁场特性，并且方便设计较为特殊的形状。铝镍钴永磁体具有不错的抗腐蚀性能。虽然还无法和金属相比，但较铁氧体永磁材料而言其具有更适于加工的物理特性。

[编辑] 钐钴(Samarium cobalt)

钐钴(SmCo)永磁材料的抗氧化性较高，磁场强度和温度稳定性比铝镍钴(AlNiCo)和陶瓷材料高。烧结型钐钴极易碎裂，如果在暴露温度变化剧烈的情况下可能破裂。由于钐元素在地壳中含量稀少，造成此种材料价格昂贵。该永磁体抗腐蚀能力较强，不需要进行表面处理。一般用于环境比较苛刻或高端产品中。

[编辑] 钕铁硼(Neodymium iron boron)

钕铁硼(NdFeB)永磁材料具有很高的磁场强度，但是其抗氧化性和温度稳定性与钐钴(SmCo)相比都较差。由于原料和专利许可的原因该永磁材料的价格也较为昂贵。使用粉末冶金方式制造成形所需要的较高成本限制了它的广泛应用。为了避免腐蚀和高温的损害，使用时需要在该永磁材料表面做保护处理,例如用金、镍、锌、锡进行电镀，以及表面喷涂环氧树脂等。

[编辑] 国际单位制中磁的单位

国际单位制电磁学单位
名称 符号 量纲 物理量
安培 A A 电流
库仑 C A·s 电荷量
伏特 V J/C = kg·m2·s−3·A−1 电压
欧姆 Ω V/A = kg·m2·s−3·A−2 电阻、阻抗、电抗
欧姆米 Ω·m kg·m3·s−3·A−2 电阻率
瓦特 W V·A = kg·m2·s−3 功率
法拉 F C/V = kg−1·m−2·A2·s4 电容
法拉每米 F/m kg−1·m−3·A2·s4 电容率
倒法拉 F−1 kg1·m2·A−2·s−4 倒电容
西门子 S Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2 电导, 导纳, 电纳
西门子每米 S/m kg−1·m−3·s3·A2 电导率
韦伯 Wb V·s = kg·m2·s−2·A−1 磁通量
特斯拉 T Wb/m2 = kg·s−2·A−1 磁通量密度、磁感应强度
安培每米 A/m m−1·A 磁场强度
安培每韦伯 A/Wb kg−1·m−2·s2·A2 磁阻
亨利 H Wb/A = V·s/A = kg·m2·s−2·A−2 自感
亨利每米 H/m kg·m·s−2·A−2 磁导率
(无量纲) χ - 磁化率


[编辑] 其他磁的單位

[编辑] 参考资料

“

  1. ^ Milton mentions some inconclusive events (p.60) and still concludes that "no evidence at all of magnetic monopoles has survived" (p.3). Milton, Kimball A.（2006年June月）．Theoretical and experimental status of magnetic monopoles．Reports on Progress in Physics，69（6）：1637-1711．doi:10.1088/0034-4885/69/6/R02． .
  2. ^ Guth, Alan（1997）．The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins．Perseus．ISBN 0-201-32840-2． .
来自“http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A3%81”
个人工具