磁与电的基本知识「磁的基本知识」

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磁性

什么是磁性?简单说来，磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁性的强弱。因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都会受到磁力的作用。下图是测量物质磁性的磁天平仪

磁天平仪。

怎样表示物质磁性的强弱呢?为什么吸铁石并没有接触钢铁就可以吸引它?在一块硬纸板的下面放两块磁铁，并且让它们的S极相对。纸板上面撒一些细的铁粉末。看会发生什么现象?铁的粉末会自动排列起来，形成一串串曲线的样子。其中，N极和S极之间的曲线是连续的，也就是说曲线从N极直至S极。而S极和S极之间的曲线互相排斥，不能融合和贯穿。这种现象说明，磁铁的磁极之间存在某种联系。因此，我们可以假想，在磁极之间存在着一种曲线，它代表着磁极之间相互作用的强弱。这种假想的曲线称为磁力(感)线，并规定磁力线从N极出发，最终进入S极。这样，只要有磁极存在，它就向空间不断地发出磁力(感)线，而且离磁极近的地方磁力线密，而远处磁力(感)线稀疏。铁粉末的排列形状就是磁力线的走向。

有了磁力(感)线，我们就可以很方便地描述磁铁之间的相互作用。但是必须明白，磁力(感)线是我们为了理解方便而假想的，实际上并不存在。在磁极周围的空间中真正存在的不是磁力(感)线，而是一种场，我们称之为磁场。磁性物质的相互吸引等就是通过磁场进行的。我们知道，物质之间存在万有引力，它是一种引力场。磁场与之类似，是一种布满磁极周围空间的场。磁场的强弱可以用假想的磁力(感)线数量来表示，磁力(感)线密的地方磁场强，磁力(感)线疏的地方磁场弱。单位截面上穿过的磁力(感)线数目称为磁通量密度。

在磁体外部，磁力(感)线方向由N极出发进入S极，磁体内部磁力(感)线由S极出发进入N极。

磁场

对放入其中的其他磁体产生磁力(吸引和排斥)作用的区域(一般所称的「场」指的是空间中的一个区域。)

注:1.磁场是有方向的

2.磁场方向:物理学规定自由转动的小磁针静止时N极的指向为该点的磁场方向。

运动的带电粒子在磁场中会受到一种称为洛仑兹(Lorentz)力作用。由同样带电粒子在不同磁场中所受到洛仑兹力的大小来确定磁场强度的高低。特斯拉是磁通密度的国际单位制单位。磁通密度是描述磁场的基本物理量，而磁场强度是描述磁场的辅助量。特斯拉(Tesla，N)(1856~1943)是克罗地亚裔美国电机工程师，曾发明变压器和交流电动机。

磁性来源

物质的磁性来自构成物质的原子，原子的磁性又主要来自原子中的电子。那么电子的磁性又是怎样的呢?从科学研究已经知道，原子中电子的磁性有两个来源。一个来源是电子本身具有自旋，因而能产生自旋磁性，称为自旋磁矩;另一个来源是原子中电子绕原子核作轨道运动时也能产生轨道磁性，称为轨道磁性。我们知道，物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和位于原子核外的电子组成的。原子核好象太阳，而核外电子就仿佛是围绕太阳运转的行星。另外，电子除了绕着原子核公转以外，自己还有自转(叫做自旋)，跟地球的情况差不多。一个原子就象一个小小的"太阳系"。另外，如果一个原子的核外电子数量多，那么电子会分层，每一层有不同数量的电子。第一层为1s，第二层有两个亚层2s和2p，第三层有三个亚层3s、3p和3d，依此类推。如果不分层，这么多的电子混乱地绕原子核公转，是不是要撞到一起呢?

在原子中，核外电子带有负电荷，是一种带电粒子。电子的自转会使电子本身具有磁性，成为一个小小的磁铁，具有N极和S极。也就是说，电子就好象很多小小的磁铁绕原子核在旋转。这种情况实际上类似于电流产生磁场的情况。

既然电子的自转会使它成为小磁铁，那么原子乃至整个物体会不会就自然而然地也成为一个磁铁了呢?当然不是。如果是的话，岂不是所有的物质都有磁性了?为什么只有少数物质(像铁、钴、镍等)才具有磁性呢?实际上原子中电子产生的磁矩分为三种情况:由于电子的自转方向总共有上下两种，且自转方向相反的电子产生的磁极能够相互抵消。第一种情况是在一些数物质中，具有向上自转和向下自转的电子数目一样多，如图8所示，它们产生的磁极完全互相抵消，整个原子，以至于整个物体对外没有磁性。第二种情况是自转方向不同的电子数目不同，虽然这些电子所产生磁矩不能相互抵消，导致整个原子具有一定的总磁矩。但是这些原子磁矩之间没有相互作用，它们是混乱排列的，所以整个物体没有强磁性。第三种情况是少数物质(例如铁、钴、镍)，它们的原子内部电子在不同自转方向上的数量不一样，这样，在自转相反的电子磁极互相抵消以后，还剩余一部分电子的磁矩没有被抵消。这样，整个原子具有总的磁矩。同时，由于一种被称为"交换作用"的机理，这些原子磁矩之间被整齐地排列起来，整个物体也就有了磁性。当剩余的电子数量不同时，物体显示的磁性强弱也不同。例如，铁的原子中没有被抵消的电子磁极数最多，原子的总剩余磁性最强。而镍原子中自转没有被抵消的电子数量很少，所以它的磁性比较弱。

电磁场

静止的电荷会产生静电场;静止的磁偶极子会产生静磁场。运动的电荷被称为电流，会产生电场和磁场。

所谓的电磁场是电场与磁场的统称。在固定(静)电荷和电偶极化物质的四周会建立电场，当身体靠近电视或电脑荧幕前，会感受到毛发竖立。就是因为(静)电场存在;磁场则源于电荷的移动，电流量愈大，磁场愈强。磁场强度的单位是A/m。而我们一般讲的磁场其实指的是磁场密度，单位是T/Tesla或G/GAUSS(1T=1000G)。

一般所称的「场」指的是空间中的一个区域，进入的物体都会感受到力的作用。例如我们生活在地球的重力场中，也生活在地磁的磁场中，闪电时我们更笼罩在强大的电场中。

电场:我们生活中常常会发现电场的存在，例如冬季脱毛衣发生的爆裂声、接触门把手的触电感觉，这些都是因摩擦而产生的静电现象。在电力的使用中，只要有电压存在，电线或电器设备周围就会有电场。电场一般是以千伏/米(KV/M)作单位。例如，闪电时地表约有30KV/M~150KV/M之直流电场强度，输电线下之60赫电场强度在3KV/M~5KV/M以下。

磁场:将磁铁置于纸板下，洒铁粉在纸板上，就会发现北极与南极间产生相连的几圈条纹，这就是磁场。在电力使用中，只要有电流通过，导线的周围就会产生磁场，磁场的单位是以特斯拉(T)或高斯(G)或毫高斯(mG)表示。