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物质磁性的来源 编写：研发部\伍卓权 2008-11-13 物质磁性的来源 1.基本磁现象. 2.电与磁的关系. 3.物质原子结构. 4.物质磁性的来源. 1.基本磁现象. 一.自然界存在的磁现象 1.基本磁现象. 1.基本磁现象. 中国古代四大发明之一司南(指南针) 但多数时候被用来看风水(罗盘) 1.基本磁现象. A.磁极 2.电与磁的关系. 通电线圈有磁场产生 2.电与磁的关系. 2.2磁与电的关系 2.电与磁的关系. 2.3事实上，电和磁是不可分割的，它们始终交织在一起。简单地说，就是电生磁、磁生电。 3.物质原子结构. 3.1原子结构图 3.物质原子结构. 3.2原子核外电子的排布规律 核外电子排布必需遵守的两个原理 A.泡利不相容原理:同一系统中，不能有两个或两个以上的费米子具有完全相同的量子态 就是说在原子中不能有两个电子处于同一状态上,原子中的电子都处于不同的状态. B.能量最小原理电子在原子轨道上分布，要尽可能使整个原子系统能量最低。 因为原子能量最低时它最稳定,所以电子在填充进原子时总是先填充能量低的,再填充能量高,不能所有电子都填在能量低级上. 3.3原子核外电子的排布规律 3.4多电子原子的核外电子状态 3.5原子核外电子的运动 电子运动：轨道运动+自旋运动 3.6磁矩简述 描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量。平面载流线圈的磁矩定义为 　　m=iSn式中i电流强度；S为线圈面积；n为与电 流方向成右手螺旋关系的单位矢量。在均匀外磁场中，平面载流线圈不受力而受力矩，该力矩使线圈的磁矩m转向外磁场B的方向；在均匀径向分布外磁场中，平面载流线圈受力矩偏转。许多电机和电学仪表的工作原理即基于此。 　　在原子中，电子因绕原子核运动而具有轨道磁矩；电子还因自旋具有自旋磁矩；原子核、质子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩。这些对研究原子能级的精细结构，磁场中的塞曼效应以及磁共振等有重要意义，也表明各种基本粒子具有复杂的结构。 4.物质磁性的来源 A.物质的磁性来源于原子的磁性,原子具有磁矩.由于原子的结构不同所以各种原子的磁矩不同,有的可能为零. B.原子的磁矩来源于电子(原子核的磁矩很少可以忽略) C.电子的磁矩又分为轨道磁矩和自旋磁矩两部分, 有时也用磁偶极矩来表示磁性的强弱(它和磁矩具有相同的物理意义,数值上只差一个比例常数(真空磁导率μ0＝4π×10-7韦伯／（安培·米）),原子的磁偶极矩μ原与原子磁矩m原之间的关系为: μ原= μ0 m原 4.物质磁性的来源 4.2电子的轨道磁矩 电子绕原子核作轨道运动,相当于有电流的闭合回路,它产生一个磁偶极矩. 由于轨道平面有不同的方向,在有外磁场的的情况下,电子轨道磁偶极矩在磁场方向上的分量为: μlz=m1·μB 式中:m1为磁量子数 μB=(μ0e/2m)h/2π=1.165×10-29(韦伯·米),称为玻尔磁子,是磁 偶极矩的最小单位,其中:e和m分别是电子的电量与质量. 在填满了电子的次壳层中,各电子的轨道分别占据了所有可能的方向,所以轨道磁偶极矩相互抵消,于是在计算原子的总轨道磁矩时,只需在考虑未填满的那些次壳层上的电子. 4.物质磁性的来源 4.3电子的自旋磁矩. 电子具有自旋,所以也就有一个自旋磁偶极矩. 实验测得的自旋磁偶极矩在外磁场方向是分量等于一个玻尔磁子μB取正反向,所以μS=±μB 电子自旋磁偶极矩μS与自旋角动量Ps关系为 μS=-γS Ps 式中γS=μ0e/m,称为自旋磁化. 计算原子的总磁偶极矩时,也只需考虑未填满的次壳层中的电子. 4.物质磁性的来源 4.4铁磁物质中的原子磁矩和离子磁矩 在Fe,Co,Ni这类铁磁物质的晶体中,由于原子子(或离子)的有规则排列,造成空间周期变化的静电场,它对原子的轨道运动产生很大的影响,使电子无能无力的轨道平面摇晃不定. 所以电子的轨道角动量或者它在某一方向上的分量不能稳定的值,因而轨道角动量平均起来可能为零,不能产生轨道磁矩,对外不表现磁性,这和情况我们称为:轨道磁冻结. 因此在晶体中,原子的轨道磁矩对原子的总磁矩没有贡献,在这种情况下:原子的磁矩只能来源于未填满壳层中电子的未被抵消的自旋磁距. 4.物质磁性的来源 4.5如何计算未抵消的自旋磁矩数: 例1:Fe原子 铁原子的基态 A. 铁原子有26个电子,它们在各壳层的填充方式(组态)为1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d6,4s2 其中未填满的次壳层是d层,. B. d层5个不同方向的轨道,每个轨道上可容纳自旋一正一反两个电