物質(zhì)順磁性和抗磁性的產(chǎn)生原因.doc

順磁性和抗磁性的原因 磁性是物質(zhì)的一種基本屬性。物質(zhì)按照其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在外磁場(chǎng)中的性狀可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)。鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)為強(qiáng)磁性物質(zhì)，抗磁性和順磁性物質(zhì)為弱磁性物質(zhì) （ 參考文獻(xiàn)1 ）。從上面的介紹看出，任何物質(zhì)都會(huì)顯示磁性，并且物質(zhì)從順磁性到反磁性、磁性從強(qiáng)到弱是逐漸變化的，沒(méi)有一個(gè)明顯的界限。物質(zhì)的磁性到底是怎么產(chǎn)生的，本文就此觀點(diǎn)提出我自己的看法。一、現(xiàn)在的理論給人們帶來(lái)的疑惑1、順磁性：現(xiàn)在人們認(rèn)為， 電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。在晶體中，電子的軌道磁矩受晶格的作用，其方向是變化的，不能形成一個(gè)聯(lián)合磁矩，對(duì)外沒(méi)有磁性作用。因此，物質(zhì)的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每個(gè)電子自旋磁矩的近似值等于一個(gè)波爾磁子。 是原子磁矩的單位。因?yàn)樵雍吮入娮又?000倍左右，其運(yùn)動(dòng)速度僅為電子速度的幾千分之一，故原子核的磁矩僅為電子的千分之幾，可以忽略不計(jì) 。（ 參考文獻(xiàn)2 ）我認(rèn)為上面這段論述是不合理的，我們都知道，原子是由原子核和核外電子組成，原子核又是由質(zhì)子和中子組成， 原子核的體積約為原子體積的幾千萬(wàn)億分之一,(半徑約為原子的十萬(wàn)分之一 ).打個(gè)比方,原子相當(dāng)于足球場(chǎng)那么大,而原子核則只有一只螞蟻那么大。（參考文獻(xiàn) 3）。電子的質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的1/1836 （ 參考文獻(xiàn)4 ）。 中子能夠通過(guò)衰變過(guò)程變成質(zhì)子、電子和反中微子， （參考文獻(xiàn)5 ）。從這些論述可想而知，電子的體積會(huì)有多大，電子的體積不會(huì)超過(guò)質(zhì)子和中子體積的千分子一。即從電子的角度來(lái)看原子，原子就象是一個(gè)非常巨大的宇宙一樣。由于電子的體積很小很小，即使電子自旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)較強(qiáng)，它影響的范圍必然很小很小，不可能影響到原子以外，因此電子自旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)在宏觀上是顯示不出來(lái)的，如果能顯示出來(lái)，電子產(chǎn)生的磁場(chǎng)就強(qiáng)大的無(wú)法想象了。上面還提到原子核的磁矩很小，可以忽略，這個(gè)觀點(diǎn)我覺(jué)得也是錯(cuò)誤的，人們現(xiàn)在只是從質(zhì)量上去考慮對(duì)磁矩的影響，而把其它因素忽略了，比方說(shuō)原子核的體積。我們知道質(zhì)子的質(zhì)量是電子的 1836倍，質(zhì)子的結(jié)構(gòu)中心又是空的，如圖 1。（ 參看文獻(xiàn)6 ）。不僅質(zhì)子的結(jié)構(gòu)是空心的，中子和質(zhì)子一樣，也是空心的，而且由質(zhì)子和中子構(gòu)成的原子核的結(jié)構(gòu)又是空心的，如圖 2。（ 參考文獻(xiàn)7 ）。即原子的組成與結(jié)構(gòu)如圖 3。從上面的示意圖中看出，原子核的體積比電子的體積不知要大多少倍。體積越大，產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)外影響的范圍必然越遠(yuǎn)，因此其實(shí) 原子核具有很強(qiáng)的磁場(chǎng) （參考文獻(xiàn)8）。從上面的分析看出，物質(zhì)的順磁性不可能是由電子的自旋引起的，根據(jù)我的研究結(jié)果表明，恰恰是由原子核產(chǎn)生的磁場(chǎng)引起的。2、抗磁性：現(xiàn)在人們認(rèn)為， 當(dāng)磁化強(qiáng)度M為負(fù)時(shí)，固體表現(xiàn)為抗磁性。Bi、 Cu、Ag、Au等金屬具有這種性質(zhì)。在外磁場(chǎng)中，這類(lèi)磁化了的介質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 M。抗磁性物質(zhì)的原子（離子）的磁矩應(yīng)為零，即不存在永久磁矩。當(dāng)抗磁性物質(zhì)放入外磁場(chǎng)中，外磁場(chǎng)使電子軌道改變，感生一個(gè)與外磁場(chǎng)方向相反的磁矩，表現(xiàn)為抗磁性。所以抗磁性來(lái)源于原子中電子軌道狀態(tài)的變化?？勾判晕镔|(zhì)的抗磁性一般很微弱，磁化率 H一般約為-10-5，為負(fù)值。 （ 參考文獻(xiàn)9 ）上面說(shuō)到，“外磁場(chǎng)使電子軌道改變，感生一個(gè)與外磁場(chǎng)方向相反的磁矩，表現(xiàn)為抗磁性?！边@個(gè)觀點(diǎn)與我的觀點(diǎn)相同，但是抵抗磁場(chǎng)必然會(huì)使內(nèi)部能量升高，這并不符合普遍適應(yīng)的能量最低原理，電子軌道為什么不調(diào)節(jié)成順磁性使其能量降低而要調(diào)節(jié)成與自身不利的抗磁性使其能量升高？我們必須回答出這個(gè)問(wèn)題才有說(shuō)服力。也許你會(huì)說(shuō)這是因?yàn)?抗磁性的基本來(lái)源是電磁感應(yīng)。電磁感應(yīng)是法拉第的重大發(fā)現(xiàn)：圍繞著隨時(shí)間變化著的磁通量，有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或即電場(chǎng) )產(chǎn)生，故能在導(dǎo)線電路中產(chǎn)生電流或在大塊導(dǎo)體中產(chǎn)生渦流。這里感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)感應(yīng)起它們的磁場(chǎng)變化起著反抗作用，這就是楞次定律。 （ 參考文獻(xiàn)10）。這聽(tīng)起來(lái)讓人感覺(jué)是對(duì)的，可我們細(xì)想一下，產(chǎn)生的感應(yīng)電流怎么就不會(huì)消失，物質(zhì)是有電阻的，即使開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生了感應(yīng)電流，在電阻的作用下，電流也會(huì)很快就消失了，可物質(zhì)的抗磁性是一直存在的，并不會(huì)因時(shí)間的推移而減弱，甚至消失，所以說(shuō)外磁場(chǎng)對(duì)原子或分子產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的說(shuō)法是講不通的。從上面的分析看出，物質(zhì)的抗磁性并不是原子或分子產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的。它的確是由電子軌道改變引起的。下面我就講述物質(zhì)磁性的本質(zhì)。二、物質(zhì)磁性的本質(zhì)既然物質(zhì)的順磁性并不是電子自旋產(chǎn)生的，既然物質(zhì)的抗磁性并不是外磁場(chǎng)對(duì)原子或分子產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的，那么物質(zhì)的順磁性和抗磁性到底是怎么產(chǎn)生的。電子受的絡(luò)侖茲力總是向外的，那么同一電子軌道中兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)方向必須相同，并且同一原子中所有電子的運(yùn)動(dòng)方向也基本上是相同的，如圖 4所示 。任何一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)方向與s 軌道上電子的運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角不可能超過(guò)90，也就是說(shuō)同一原子中所有的電子絕不可能出現(xiàn)反向運(yùn)動(dòng)的情況，這樣就避免了電子之間的碰撞，為了使電子之間不發(fā)生碰撞和電子之間的距離最遠(yuǎn)，在同一軌道上兩個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)方向不僅要相同，它們的運(yùn)動(dòng)速度也要相同，而且同一主層中所有電子運(yùn)動(dòng)的角速度也必須相同，甚至同一原子中所有電子運(yùn)動(dòng)的角速度也相同。 （ 參考文獻(xiàn)11 ）從上面的論述看出，當(dāng)原子核的磁極固定后，電子的軌道就基本固定了，那么電子軌道產(chǎn)生的磁極也就基本固定了。電子軌道產(chǎn)生的磁極與原子核產(chǎn)生的磁極正好相反，那么一個(gè)顯示順磁性，另一個(gè)必然顯示抗磁性。如圖 5。（參考文獻(xiàn)12）在外界磁場(chǎng)的作用下，主要會(huì)對(duì)原子核的磁場(chǎng)產(chǎn)生作用，因?yàn)樵诖艠O上原子核產(chǎn)生的磁場(chǎng)比電子繞核運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)，原子核有旋轉(zhuǎn)的趨向，使得物質(zhì)顯示順磁性。原子核的磁極方向作了改變后，必然會(huì)引起電子軌道方向的改變，這又使得物質(zhì)顯示抗磁性。但是一般情況下電子軌道的改變不會(huì)很大，因?yàn)殡娮榆壍琅c周?chē)钠渌拥碾娮榆壍老嗷プ饔?，受著周?chē)渌娮榆壍赖臓恐疲灰装l(fā)生旋轉(zhuǎn)，所以電子軌道的改變一般很小，并且原子核和核外電子也是相互作用著，由于受電子軌道的牽制，原子核也不會(huì)發(fā)生很大的旋轉(zhuǎn)。由于外磁場(chǎng)對(duì)原子核磁場(chǎng)方向的改變，使得物質(zhì)顯示順磁性，原子核磁場(chǎng)方向的改變又引起電子軌道方向的改變，這又使得物質(zhì)顯示抗磁性，如果原子核磁場(chǎng)方向的改變引起的磁場(chǎng)變化大于電子軌道改變引起的磁場(chǎng)變化，物質(zhì)就會(huì)顯示順磁性，差別越大，順磁性越強(qiáng)，如鐵磁性物質(zhì)；相反，如果原子核磁場(chǎng)方向的改變引起的磁場(chǎng)變化小于電子軌道改變引起的磁場(chǎng)變化，物質(zhì)就會(huì)顯示抗磁性，差別越大，抗磁性越強(qiáng)，如超導(dǎo)體（參看 超導(dǎo)體的超導(dǎo)原因 ）。