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李世长5.14
本科毕业论文
题 目:关于物质抗磁性、顺磁性和铁磁性
的探究
学 院: 物理与电子科学学院
班 级: 09级 物理一班
姓 名: 李世长
指导教师: 马孟森 职称: 讲师
完成日期: 2013 年 5 月 1 日
关于物质抗磁性、顺磁性和铁磁性的探究
摘要:本文主要简述物质磁性的本质及种类,并指出了抗磁性是物质的固有属性。
关键词:物质;磁性;抗磁性;顺磁性;铁磁性
目 录
引言 4
一、物质的磁性 4
1.1 磁性的发现 4
1.2 原子磁性及其磁矩的大小 5
二、物质的抗磁性 8
2.1抗磁性的基本特点 8
2.2 抗磁性的理论解释 8
三、物质的顺磁性 9
3.1顺磁性的基本特点 9
3.2金属中电子的顺磁性 11
四、物质的铁磁性 4
4.1铁磁性的基本特点 4
4.2磁性材料中的基本现象 4
小结 14
参考文献 14
引言
磁性是物质的一种基本属性,从微观粒子到宏观物体、宇宙天体都具有某种程度的磁性 物质的宏观磁性有多种形式,从弱磁性质的抗磁性、顺磁性到强磁性质的铁磁性。各种磁性的形成具有不同的机理,这方面有很多书籍和文章作了阐述,但这些阐述一般都涉及到很复杂的数学推导,而对于定性的说明则很少。本文主要就形成各种磁性的微观机制做一个定性的说明。
一、物质的磁性
磁性是物质的基本属性之一。
外磁场发生改变时,系统的能量也随之改变,这时就表现出系统的宏观磁性。从微观的角度来看,物质中带电粒子的运动形成了物质的元磁矩。当这些元磁矩取向为有序时,便形成了物质的磁性。
物质的磁性来源于原子的磁性。对原子磁性的了解是研究物质磁性的基础。
1.1磁性的发现
远在春秋战国时期,随着治铁业的发展和铁器的应用,人们对磁性逐渐产生了认识。如(管子·地效篇》记载“山中有磁石者,其下有铜金”;(吕氏春秋》、‘鬼谷子’、《淮南子’、《山海经》均有“慈石吸铁”的记载? 。汉朝以后,则有更多的著作记载礁石吸铁的现象。我们把这种能够吸}I铁、钻、镍等物质的性质称为磁性,具有磁性的物体称为磁体。破体的两端称为破极.指北的磁极称为北极(用N 表示),指南的磁极称为南极(用s表示),同性磁极互相排斥,异性磁极互相吸引I 。
1.2原子磁性及其磁矩的大小
根据量子力学的讨论,一个电子的轨道角动量和轨道磁矩具有一定的关系,如
轨道角动量
;
轨道磁矩
;
l为轨道量子数称为玻尔磁子,其中大小为9.27焦耳∕特(9.27×尔格∕高斯);和之间的关系为
=-;
;
对于高斯单位制,;称为轨道旋磁比,为真空磁导率(4×亨∕米),c为光速;由于角动量和磁矩在空间是量子化的,如外磁场H平行z轴,则它们在H方向的可能值为
=,
,
为磁量子数,=0,,因为有(2l+1)个可能取向(或叫投影),具体见下图例子
示意图
如果原子中有多个电子,则总轨道角动量等于各个电子轨道角动量的矢量和,即总轨道角动量等于
总轨道磁偶极矩在外磁场方向上的分量为
;
式中=L,L-1,…,-L;
在填满了电子的次壳层中,各电子的轨道运动分别占据了所有的可能方向,形成一个球形对称体系,因此合成的总轨道角动量等于零;所以计算原子的总轨道角动量时,只需考虑未填满的那些次壳层中电子的贡献。
二、物质的抗磁性
二、物质的抗磁性
2.1抗磁性的基本特点
有些物质放在磁场中磁化后,它的宏观磁矩的方向同磁场方向相反,这类物质称为抗磁性的。
抗磁性是磁场对电子轨道运动所起作用产生的结果,所有物质都无例外地具有抗磁性,抗磁磁化率都是负值,而且很小;由于大多数物质的抗磁性被物质中较强的顺磁性所掩盖,从而未能表现出来;这样真正的抗磁性物质并不是普遍存在的。
抗磁性是磁场对电子轨道运动所起作用产生的结果,应该是发生在任何原子或分子中,因此是普遍存在的;但是由于原子只有在S=L=0,因而==0的情况下,抗磁性才显出来,如果原子磁矩不等于零,较强的顺磁性会掩盖了抗磁性。
晶格振动模式密度g()又称为振动的频率分布函数,表示单位间隔频率间隔内的振动模式数目,具体概括了一个晶体中振动模频率的分布状况。
晶格振动模式密度对于求量子理论的晶格热容量具有特殊的意义,它可以使很复杂的问题简单化,从后文可以看出德拜模型考虑了振动的频率分布后得出的结论比爱因斯坦模型要更接近于实际。
2.2抗磁性的理论解释
(1
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