分子电流

  仪器信息网 ·  2008-11-05 12:07  ·  16808 次点击
分子电流(molecularcurrent)
任何物质都是由分子(原子)构成的。在经典原子模型中,分子中的电子绕原子核作轨道运动,形成轨道电流,构成轨道磁矩μL。电子还有自旋磁矩μS。因此,电子的总磁矩μ=μL+μS。把整个分子(原子)中所有电子对外界产生的磁效应等效为一个圆电流I分子的磁效应,称圆电流I分子为分子电流。分子电流的磁矩叫分子磁矩,用m分子表示,m分子=I分子S,S是分子电流围的面积,是S法线方向的单位矢量。根据物质电结构学说,任何物质(实物)都是由分子、原子组成的,而分子或原子中任何一个电子都不停的同时参与两种运动,即环绕原子核的运动和电子本身的自旋。这两种运动都等效于一个电流分布,因而能产生磁效应。把分子或原子看成一个整体,分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和,可用一个等效的圆电流表示,统称为分子电流。这种分子电流具有一定的磁矩,称为分子磁矩。
安培分子电流假说磁铁和电流都能产生磁场,磁铁的磁场和电流的磁场是否有相同的起源呢?电流是电荷的运动产生的,所以电流的磁场应该是由于电荷的运动产生的.那么,磁铁的磁场是否也是由电荷的运动产生的呢?我们知道,通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场很相似.法国学者安培由此受到启发,提出了著名的分子电流的假说.他认为,在原子、分子等物质微粒内部,存在着一种环形电流——分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极.
安培的假说能够解释一些磁现象.一根铁棒,在未被磁化的时候,内部各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外界不显磁性.当铁棒受到外界磁场的作用时,各分子电流的取向变得大致相同,铁棒被磁化,两端对外界显示出较强的磁作用,形成磁极.磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性.这是因为在激烈的热运动或机械振动的影响下,分子电流的取向又变得杂乱了.
在安培所处的时代,人们对物质内部为什么会有分子电流还不清楚.直到20世纪初,才知道分子电流是由原子内部电子的运动形成的.安培分子电流的假说,揭示了磁铁磁性的起源,它使我们认识到:磁铁的磁场和电流的磁场一样,都是由电荷的运动产生的.
磁性材料实验表明,任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同.根据物质在外磁场中表现出的特性,物质可粗略地分为三类:顺磁性物质,抗磁性物质,铁磁性物质.
根据分子电流假说,物质在磁场中应该表现出大体相似的特性,但此表告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大.这反映了分子电流假说的局限性.实际上,各种物质的微观结构是有差异的,这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因.
我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质,把铁磁性物质称为强磁性物质.通常所说的磁性材料是指强磁性物质.
磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料.磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料,不容易去磁的物质叫硬磁性材料.一般来讲软磁性材料剩磁较小,硬磁性材料剩磁较大.磁性材料按化学成分分,常见的有两大类:金属磁性材料和铁氧体.铁氧体是以氧化铁为主要成分的磁性氧化物.
软磁性材料的剩磁弱,而且容易去磁.适用于需要反复磁化的场合.可以用来制造半导体收音机的天线磁棒、录音机的磁头、电子计算机中的记忆元件,以及变压器、交流发电机、电磁铁和各种高频元件的铁芯等.常见的金属软磁性材料有软铁、硅钢、镍铁合金等,常见的软磁铁氧体有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体等.硬磁性材料的剩磁强,而且不易退磁,适合制成永磁铁,应用在磁电式仪表、扬声器、话筒、永磁电机等电器设备中.常见的金属硬磁性材料有碳钢、钨钢、铝镍钴合金等,常见的硬磁铁氧体为钡铁氧体和锶铁氧体.
随着社会的进步,磁性材料和我们日常生活的关系也越来越紧密.录音机上用的磁带,录像机上用的录像带,电子计算机上用的磁盘,储蓄用的信用卡等,都含有磁性材料.这些磁性材料称为磁记录材料.靠着磁记录材料,我们可以在磁带、录像带、磁盘上保存大量的信息,并在需要的时候“读”出这些信息.磁记录材料在20世纪70年代以前采用磁性氧化物,1978年合金磁粉研制成功之后,开始采用金属磁性材料,从而大大提高了磁记录的性能.现在人们又在使用金属薄膜作磁记录磁性材料.磁记录技术又得到了进一步的提高.

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