第一節(jié)物質(zhì)的磁性

第一節(jié)物質(zhì)的磁性第1頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一生物磁學(xué)作為一門學(xué)科的確立是在20世紀(jì)60年代。但是，磁學(xué)和生物學(xué)早在古代就已經(jīng)發(fā)生了聯(lián)系。早在2000多年前，司馬遷在《史記》中就談到“齊王侍醫(yī)遂病，自煉五石服之”，磁石就是五石之一。古希臘醫(yī)生加侖約公元2世紀(jì)才利用磁石來治療腹瀉。相比之下，希臘采用磁療要比我國晚200多年。近10多年來，生物磁學(xué)發(fā)展非常迅速。研究內(nèi)容豐富多彩。磁場在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等方面，都有重要應(yīng)用。人類對磁性的認(rèn)識和應(yīng)用歷史悠久

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以下是我們在電磁學(xué)課中見到的磁現(xiàn)象

第3頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第4頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第5頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第6頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第7頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第8頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

所有的物質(zhì)都有磁性嗎？第13頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一磁性是物質(zhì)的基本屬性，就像物質(zhì)具有質(zhì)量和電性一樣換句更簡單的話說就是：一切物質(zhì)都具有磁性第14頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一生物磁學(xué)磁學(xué)生物學(xué)物質(zhì)磁性在各個方面都得到廣泛應(yīng)用第15頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第二章生物磁學(xué)第一節(jié)物質(zhì)的磁性第二節(jié)生物物質(zhì)的磁性和生物磁場第三節(jié)磁場的生物效應(yīng)第四節(jié)磁技術(shù)在生物和醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第16頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)物質(zhì)的磁性1.1物質(zhì)磁性的起源1.2原子、分子的磁矩1.3磁化率與磁導(dǎo)率1.4順磁性和抗磁性第17頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1.1物質(zhì)磁性的起源：安培分子電流學(xué)說

組成磁鐵的每個分子都具有一個小的分子電流，經(jīng)過磁化的磁鐵其小分子電流都定向規(guī)則排列。第18頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第19頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1電子的軌道磁矩現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為物質(zhì)磁性來源于原子的磁性2電子的自旋磁矩3原子核的核磁矩第20頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

原子的總磁矩應(yīng)是原子中各個電子的軌道磁矩、自旋磁矩及原子核磁矩（可以忽略）相加起來的合磁矩第21頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1.2原子、分子的磁矩

1.電子及原子的磁矩2.分子磁矩和分子電流第22頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1.電子及原子的磁矩

電子軌道磁矩電子自旋磁矩第23頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一具有一個電子的原子的總磁矩為，原子核的磁矩也具有e/mc的表達(dá)形式，但因核質(zhì)量比電子質(zhì)量大三個量級，故其磁矩貢獻(xiàn)很小，可以忽略。第24頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2.分子磁矩和分子電流電子軌道磁矩電子自旋磁矩原子核的磁矩(molecularmagneticmoment)(molecularcurrent)分子電流I分子磁矩m等效第25頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1.3磁化率與磁導(dǎo)率1、磁化強度2、磁化率3.磁導(dǎo)率第26頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一感應(yīng)磁矩在磁場作用下，分子的固有磁矩（圓電流）會受到力矩作用而從新取向，產(chǎn)生的磁矩叫感應(yīng)磁矩。這種物質(zhì)在磁場的作用下所發(fā)生的變化叫磁介質(zhì)的磁化，能夠磁化的物質(zhì)稱作磁介質(zhì)。第27頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一1、磁化強度

磁介質(zhì)中單位體積的所有分子或原子的磁矩（固有磁矩與感應(yīng)磁矩的總和）叫磁介質(zhì)的磁化強度。磁化強度是用來描述磁介質(zhì)磁化程度的物理量。第28頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一2、磁化率其中χ稱為磁體的磁化率，表征磁體磁化難易程度

磁化強度與外加磁場的關(guān)系：第29頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一介質(zhì)磁化后，磁化電流所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度為，根據(jù)場疊加原理。介質(zhì)中的合場的磁感應(yīng)強度為：——相對磁導(dǎo)率

反映磁介質(zhì)對原場的影響程度

定義：3.磁導(dǎo)率第30頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一磁場強度在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點的磁感應(yīng)強度Ｂ與同一點上的磁導(dǎo)率u的比值，稱為該點的磁場強度．即在SI制中，磁場強度的單位是：在CGS制中，磁場強度的單位為奧斯特第31頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一介質(zhì)磁化后，合場的磁感應(yīng)強度為：順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場增強原場如鋅、銅、水銀、鉛等如錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導(dǎo)率都非常接近于1。鐵磁質(zhì)具有顯著的增強原磁場的性質(zhì)——強磁性物質(zhì)1.4順磁性和抗磁性第32頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一相對磁導(dǎo)率

順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)第33頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一鐵磁性物質(zhì)

在順磁性物質(zhì)中，有些元素（如鐵、鈷、鎳），其原子的磁矩可以有序地排列起來，產(chǎn)生比一般順磁性物質(zhì)高幾十萬倍的強磁性，稱它們?yōu)殍F磁性物質(zhì)。自然界中絕大多數(shù)物質(zhì)有抗磁性，部分有順磁性，少數(shù)有鐵磁性第34頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一鐵磁質(zhì)的特性：鐵——10430C鎳——6300C鈷——13900C2)當(dāng)外磁場停止作用時，仍能保持其磁化狀態(tài)；1)在外磁場作用下能產(chǎn)生很強的磁感應(yīng)強度；3)有一臨界溫度（居里溫度）TcT<Tc,磁化強度M隨H迅速增加，在相當(dāng)?shù)偷腍下便可達(dá)到飽和。T>Tc，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)19世紀(jì)末，居里發(fā)現(xiàn)磁石加熱到一定溫度，原來的磁性就消失。這個溫度叫“居里點”第35頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一鐵磁體在弱磁場中的行為T>>Tc的鐵磁體T<<Tc的鐵磁體T略低于Tc的鐵磁體H第36頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一磁感應(yīng)強度B的變化落后于磁場強度H的變化的現(xiàn)象，叫磁滯現(xiàn)象當(dāng)磁化場在正負(fù)兩個方向上往復(fù)變化時，介質(zhì)的磁化過程經(jīng)歷著一個循環(huán)的過程。閉合曲線SRCS’R’C’S叫做鐵磁質(zhì)的磁滯回線。對應(yīng)同一個H有多個B鐵磁性物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象第37頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

當(dāng)鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到飽和后，如果將磁化場去掉（H=0），介質(zhì)的磁化狀態(tài)并不恢復(fù)到原來的起點O，而是保留一定的磁性（SR段）。若要使介質(zhì)完全退磁，必須矯枉過正，加一相反方向的磁化場（H<0）。只有當(dāng)反方向的磁化場大到一定程度時，介質(zhì)才完全退磁。退磁后，如果反方向的磁化場的數(shù)值繼續(xù)增大，介質(zhì)將沿相反的方向磁化，直到飽和（CS’段）。此后若使反方向的磁化場數(shù)值減少到0，然后又沿正方向增加，介質(zhì)的磁化狀態(tài)將沿S’R’C’S回到正向飽和磁化狀態(tài)S。曲線S’R’C’S和SRCS’對于坐標(biāo)點O是對稱的。第38頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一剩磁Br：當(dāng)磁場強度減小到零時，磁感應(yīng)強度并不等于零，而是仍有一定的數(shù)值Br，Br叫做剩余磁感應(yīng)強度，簡稱剩磁。飽和磁感應(yīng)強度BS：所有磁疇都與外場方向一致。相應(yīng)的磁場強度稱為飽和磁場強度，磁感應(yīng)強度稱為飽和磁感應(yīng)強度。矯頑力HC：當(dāng)H=-Hc時，鐵磁質(zhì)的剩磁就消失了，鐵磁質(zhì)不顯磁性。通常把Hc叫做矯頑力。鐵磁質(zhì)在交變電流勵磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的，要損失能量，稱為磁滯損耗。-HcHcBrBs第39頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一

以上簡述了物質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)的一些基礎(chǔ)知識和規(guī)律?？偨Y(jié)起來，物質(zhì)的磁性來自原子的磁性。原子的磁性來源于：電子的軌道運動、自旋運動和原子核的自旋運動。根據(jù)物質(zhì)在磁場中磁化的方向與外加磁場的關(guān)系，有順磁物質(zhì)、抗磁物質(zhì)；順磁物質(zhì)中能夠產(chǎn)生很強磁性的物質(zhì)叫鐵磁物質(zhì)。鐵磁物質(zhì)具有磁滯現(xiàn)象。第40頁，共42頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)物質(zhì)的磁性重點*1.1物質(zhì)磁性的