作业帮磁铁为什么会产生磁性
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/05 21:39:28
磁铁为什么会产生磁性
磁铁为什么会产生磁性
磁铁为什么会产生磁性
铁磁性的原理是两个量子力学现象：自旋和泡利不相容原理.电子的自旋加上其轨道角动量导致一个偶极子磁矩和形成一个磁场.在大多数物质中所有电子的总偶极磁矩为零.只有电子层不满的原子（电子不成对）可能在没有外部磁场的情况下表现一个净磁矩.铁磁性物质有许多这样的电子.假如它们排列在一起的话它们可以一起产生一个可观测得到的宏观场.这些偶极趋于指向外部磁场的方向.这个现象被称为顺磁性.铁磁性物质的偶极趋于在没有外部磁场的情况下也指向同一方向.这是一个量子力学现象.按照经典电磁学两个临近的磁偶极趋于指向相反的方向（导致反铁磁性物质）.但是在铁磁性物质中它们趋于指向同一方向.其原因是泡利不相容原理：两个自旋相同的电子不能占据同一位置,因此它们会感觉到附加的排斥力,降低其电静势能.这个能量差别被称为交换能,它导致邻近的电子排列成同向.在长距离上（数千离子）交换能的作用逐渐被经典偶极相对排列的趋势掩盖,这是在平衡（没有磁性的）情况下铁磁性物质的偶极总的来说不排列起来的原因.在没有磁性的铁磁性物质中其磁偶极被分割在外斯畴中.每个外斯畴内部短距离地磁偶极排列指向同一方向,但是在长距离上不同外斯畴的磁偶极的排列不一致.不同外斯畴之间的边界被称为畴壁,畴壁内原子之间的指向逐渐更改.因此一块铁一般没有磁性,或者其磁性非常弱.但是在一个足够强的外部磁场中,所有外斯畴会沿着这个磁场排列,在外部磁场消失后这些外斯畴会继续保存其同一的指向.这个磁场与外部磁场之间的关系由一条磁滞曲线描写.虽然这个排列整齐的外斯畴的能量不是最低的,但是它非常稳定.在海底的磁铁矿会上百万年地指向它形成时的地磁场方向.通过加热再在没有外部磁场的情况下冷却磁铁的磁场会消失.温度升高后热振荡（或熵）与铁磁性的偶极排列竞争.温度高于居里点后晶体内发生二级相变,整个系统无法磁化,在有外部磁场的情况下这时铁磁性物质显示顺磁性.在居里点下对称破缺,外斯畴形成.居里点本身是一个阀值,理论上这里的磁化率为无穷大,虽然这里没有磁化,但是在任何长度范围内均有类似外斯畴的自旋波动.尤其是使用简化了的伊辛自旋模型来研究铁磁性相变对统计物理学的发展起了巨大作用.在这里平均场理论明显地无法正确地预言居里点上的现象,需要被重正化群理论取代.