物质磁性的起源课件.pptVIP

物质磁性的起源 一. 磁现象的发现与认识 人们最早认识磁现象是从天然磁铁开始（称天然磁铁为永恒磁铁）对其基本现象的认识归纳如下： 同号的磁极有相互排斥力，异号的磁极有相互吸引力（磁铁间相互作用力称为磁力） 磁铁分割成小段，小段仍有两极（磁荷假说） 铁棒可以被磁化 二. 磁力、磁性的起源 在1820年以前，人们对磁现象的研究仅限于磁极（magniticpole）磁极间的相互作用。而把磁与电分割开来，看作彼此无关。 丹麦物理学家奥斯特——一位康德哲学思想的信奉者，就坚信：客观世界的各种力具有统一性。并开始对电与磁的统一性进行研究。 科学的真正突破在于打破思维定式的束缚，创建新的科学概念。 1820年 4月某天晚上，奥斯特在讲课的过程中发现，闭合电键的瞬刻，通电导线附近的磁针微微跳动了一下！奥斯特激动无比，他立刻中止讲座回到实验室，苦苦进行了三个月的连续实验研究，终于在 1820年7月21日发表了题为《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文。这篇仅用 4 页纸写成的极其简洁的实验报告，向科学界宣布了电流的磁效应，轰动了整个欧洲。 奥斯特的发现立即引起法国数学家、物理学家安培（A.M.Ampere）的注意。他的想法是 如果电流激发的磁场能作用于磁性物质，那么它也应能作用于电流！他在短短的几个星期内对电流的磁效应作了系列的研究。发现不仅电流对磁针有作用，而且两个电流之间彼此也有作用。安培提出分子电流(molecular current)的假设。 三. 磁性的产生 现代物理已经充分把握，宏观物质的磁性起源于原子的磁矩，而原子的磁矩又由原子核磁矩和其所含电子的磁矩组成。实验证明原子核的磁矩很小，可以忽略。 电子的轨道磁矩 电子的轨道磁矩由电子绕原子核的运动产生。沿着轨道运动的电子相当于一个闭合回路中的电流，称为（安培）分子电流。根据电磁感应定律，任何闭合电流都要产生磁场，所以电子的轨道运动要在原子内部产生一个磁矩——电子的轨道磁矩。 电子自旋磁矩 电子自旋是电子绕着一定轴线进行的一种自旋运动。与电子的轨道运动一样，电子的自旋也相当于是一个闭合电流，必定会产生磁矩——自旋磁矩。 磁场趣闻 你知道地球的磁场是怎么来吗？ 目前获得较多认同的关于地球 磁场形成原因的假说是“发电机假说”，即地球磁场是地核外层熔化的铁和镍流 动从而产生电磁感应的结果，类似发电机的转子那样。而这些导电流体流动的 原因是对流以及地球自转。 鸟儿眼中的磁场 欧亚鸲（ Erithacus rubecula ）能够探测出地球的磁场，在它们在漫长的迁徙中起到导航的作用。而这一“指南”的感官必然与它们的眼球有着联系，因为在夜间这些鸟不能探测磁场。 当太阳光的光子被鸟儿眼中的特殊分子所吸收时，能使电子摆脱原先正常的状态并发生偏移。当电子最终稳定下来时，将产生一个“电偶极场”，并可以改变鸟儿的视觉，比如看到的颜色或亮度。就像飞行员戴的显示设备将关键的导航信息覆盖在透明屏幕上一样。 人眼能感知磁场吗？ “看到”地磁场的能力，在那些长距离迁徙的动物身上司空见惯。海龟、燕子都能感知地磁场的存在，也许潜藏在人类眼睛中的超能力也可以感知地磁场。 有一种蛋白质是“看到”磁场的关键，它就是cryptochrome 2（以后简称C-2）。将失去C-2蛋白的果蝇移植入人类的C-2蛋白，它们便具有了感知地磁场的能力。 虽然果蝇和人存在很大的差异，但是C-2蛋白在果蝇眼中的表达却丝毫不受影响。在果蝇的眼睛里，布满了C-2蛋白。 人类能够通过C-2蛋白在视网膜上的表达获得感知地磁场的能力吗？ 舒尔滕（伊利诺伊大学厄本那?香槟分校的生物物理学家）认为，也许人类的地磁感知能力被人类的寿命取代了。他在研究中发现，C蛋白的指南针效果需要过氧化物的参与，而过氧化物中的自由基会破坏DNA。对于一个寿命不长的动物来说，这不成问题，但是对于生命长达数十年的物种来说，却几乎不可能。 尽管如此，舒尔滕认为“人类和许多其他的动物，也许在很久之前具有过地磁感知能力。” Thank you! end 我国是世界上最早发现和应用磁现象的国家之一，早在公元前300百年就发现磁铁吸引铁的现象。在十一世纪我国已制造出指南针（司南）(compass)。《山海经》中有“山中有磁石者，必有赤金。”《水经注》记载，秦始皇的阿房宫有“北阙门”用磁石做成的，以防刺客。 S N S N 奥斯特（Hans Christan Oersted，1777-1851） 丹麦物理学家，发现了电流对磁针的作用，从而导致了19世纪中叶电磁理论的统一和发展。 安培演示电流相互作用的装置 安培演示电流相互作用的装置 电子轨道运动产生轨道磁矩 电子自旋运动