[论弱磁现象和弱磁性]身份证磁性弱什么现象
时间：2019-01-20 03:28:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：现代科学技术已揭示出一切物质都具有磁性，任何空间都存在磁场。弱磁现象是弱磁性物质所表现的各种现象。弱磁学是研究物质的弱磁性现象、本质、规律和应用的学科。为便于人们对生活中弱磁现象的认识和理解，本文主要论述弱磁性特点，微观机理及应用。
关键字：弱磁现象；抗磁性；顺磁性；反铁磁性
中图分类号： G633.7文献标识码：B文章编号：1009-9166（2008）33（c）-0090-01
长期的科学研究表明，绝大多数物质具有弱磁性，仅有少数物质在一定条件下才呈现强磁性。弱磁现象是弱磁性物质所表现的各种现象，弱磁学是研究物质的弱磁性现象、本质、规律和应用的学科，是磁学的一个分支。
一、弱磁性的特点及微观机理。弱磁性可分为抗磁性和顺磁性两大类。1、物质的抗磁性具有以下主要特点：抗磁性的磁化率为负数，其绝对值一定小于1，这表示抗磁性物质在外加磁场中产生的合磁化方向与外加磁场方向相反；在各向异性抗磁物质中，在外加磁场中产生的合磁化强度方向可能并不正好与外加磁场方向相反，这时的抗磁化率为一张量。抗磁磁化率的绝对值约为10-7~10-6。其不随温度和物质状态的变化而变化，称为居里抗磁性定理，故一般磁化率为常数。还有一些物质如铋（Bi）、锌（Zn）和石墨等的抗磁化率在很低温度下随外磁场改变而呈振荡周期变化，称为德哈斯―范阿尔芬效应。2、物质的顺磁性具有以下主要特点：宏观物质的顺磁性可分为一般顺磁性，泡里顺磁性和范弗莱克顺磁性。物质的顺磁化率一般为10-6~10-5。一般顺磁性物质的磁化率x随温度T降低而增大，遵从关系式：x=C/T或x=C/(T-θp),其中C是居里常数，θp是顺磁居里温度。以上关系称为居里顺磁性定律和居里――外斯顺磁性定理。还有一些顺磁性金属，如锂（Li）、钠（Na）等磁金属，其顺磁化率与温度无关，顺磁化率为x=(3nμB2)/(3kθf),式中θf是金属费米面能量有关的具有温度量纲的参量，磁化率的数值也比一般顺磁物质小，称为泡里顺磁性。
二、微观机理。
1、物质抗磁性的微观机理。物质的抗磁性来自于构成该物质的原子或离子的抗磁性。原子或离子的抗磁性则是由原子或离子中的原子核外的电子轨道运动产生的。以原子为例，抗磁性原子中的电子壳层必须是满壳层，即每一壳层中的电子自旋磁矩互相反平行而抵消的。其轨道运动产生轨道磁矩在无外加磁场中，满壳层的电子自旋磁矩虽然仍互相抵消，但电子轨道运动却受到外加磁场作用而有变化，即在原来的电子轨道运动外又附加上由磁场引起的轨道旋边运动，这样就在与外加磁场相反的方向产生一附加磁矩，由理论可以计算得到物质的摩尔拉磁化率其中e和me是电子的电荷和静质量， 是原子中第i个电子的轨道均方半径，N是阿伏伽德罗常数。从物质抗磁性的量子力学理论，也可以计算得到物质的摩尔抗磁磁化率。在电子云为球形对称的简单情况下:
摩尔抗磁化率为其中ri是第i个电子轨道半径，n是量子数。不论从抗磁性的经典理论（旋进理论）还是量子力学理论都可以看出，任何物质都具有抗磁性。2、物质顺磁性的微观机理。物质的顺磁性并不是一切物质都具有的，只有物质中含有带原子磁矩的原子时才有顺磁性。一般把其有原子磁矩的原子称为磁性原子。同样，虽然绝大多数元素的原子核具有核磁矩，但因核磁矩远小于原子磁矩（即电子磁矩），故物质的顺磁性考虑的仍只是原子的顺磁性，即原子中电子的顺磁性、顺磁性的磁化率为远小于1的正数，这表示顺磁性物质在外加磁场中产生的磁化强度方向与外加磁场方向相同，在各向异性顺磁物质中，在外加磁场中产生的磁化强度方向可能并不正好与外加磁场方向相同，这时顺磁化率为一张量。对于一般顺磁性物质的微观来源是物质中共有原子磁矩或分子磁矩的原子和分子系统。以原子系统为例，当受到外磁场H的作用时，由于磁矩同时受到磁场的取向作用和热运动的无规取向作用，这一原子磁矩系统会在外磁场方向得到一定的磁化强度M0。在经典理论中，M=nμL(α),M;L(α)=cothα-1/α式中n是单位体积中具有原子磁矩的原子数，μ为原子磁矩，L(a)为朗之万函数，α=(Μh)/(kT) ，k为玻耳兹曼常数，T为绝对温度。在量子力学理论中，磁矩的取向是量子化的，磁化强度为:M=ngJμBBJ(α),BJ(α)=(2J+1)/(2J)coth[(2J+1)/(2J)α]-1/2Jcoth(a/2J),式中g为朗德因数，J为原子总角动量量子数，B是玻尔磁子，BJ(a)为布里渊函数。α=gJμBH/kT，在α>>1时，即在磁场不很强和温度不很低的条件下，朗之万函数L(a)与布里渊函数BJ(α)展开都可得到磁化率x的居里定律表达式x=C/T，其中C=[ng2J(J+1)μ2B]/3KC。在多能级结构中多一些能级间矩同热能kT相近时，还会出现与温度无关的顺磁性，称为范弗莱克顺磁性。还有一种特殊的弱磁性为物质的反铁磁性，从其宏观的磁化率数值看，它具有弱磁性；但从其微观的磁结构看，它又属于磁矩有序排列的反铁磁性。
应用。磁性物质的广泛应用，使各物质的磁性研究越来越受到重视。其中抗磁物质的应用主要是利用物质磁性与结构和其他物质有联系，来研究有关物质结构及与抗磁性相关的物质。还有超导体在超导状态具有很强的抗磁性。顺磁性物质的应用方向主要研究物质的结构，特别是有关电子阻态等的结构。利用顺磁性物质的绝热退磁效应可以获得约1~10-3k的超低温度。而顺磁量子放大器是最早研制和应用的一类超低噪声微波量子放大器。在生命科学方向，利用高度灵敏的超导量子干涉器制成微弱场测量器，并利用磁化率计在体外测量人体肝部组织的磁化率的大小来诊断疾病。正在研究的顺磁性共振成像技术，将用来显示体内顺磁物质的分布和变化。
结论：从以上弱磁性物质应用方面看出，物质的弱磁性在科学研究和高新技术等方面都有着重要的应用及价值，特别是对物质反铁磁性的应用有很大的开发价值。
作者单位：内蒙古科技大学包头师范学院
参考文献：
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