正文 第十一章 磁介質(3 / 3)

如何讓學生準確理解磁場強度的概念是本章的又一個難點,對此采取掃清障礙、突破難點的辦法。障礙之一是束縛電流,這個概念似懂非懂,後麵的推導顯然就難於理解了。束縛電流實質上還是分子電流,是在外磁場中介質表麵未被抵消的分子電流。這裏應當強調分子電流的重要性,因為磁化理論就是采用的分子電流觀點,這個觀點的微觀物理模型就是分子電流或稱分子環流或圓電流。在被磁化的順磁質或抗磁質表麵都產生束縛電流,由於成因不同因此束縛電產生的效果亦不相同。

9.4參閱內容

一、磁荷觀點和磁單極

關於介質的磁化理論,幾乎所有的工科教材都是采用分子電流觀點,但在此之前還曾有過等效磁荷觀點。

人們在研究磁現象的時候,首先注意到的是磁鐵有兩極,並且是同號相斥、異號相吸。這一點同正、負電荷的性質相似,於是人們就聯想到在磁鐵的兩極是否有類似電荷的東西,並把它定名為磁荷。N極上的叫正磁荷,S極上的叫負磁荷;同號磁荷相斥,異號磁荷相吸。當磁極本身的線度遠小於它們之間的距離時,把磁極上的磁荷叫做點磁荷。參照電介質理論把磁介質的分子看成由正負磁荷組成的磁偶極子,並在此基礎上建立起整套的磁荷觀點的磁介質理論。雖然分子電流觀點和磁荷觀點所假設的微觀模型不同,f和H的定義及物理意義不同,但它們遵從的基本定理完全一樣。

在把磁荷與電荷類比的時候,人們設想應當有單獨存在的磁荷——磁單極,即單獨存在的N極或S極。

現在關於弱相互作用、電磁相互作用和強相互作用的統一的“大統一理論”也認為有磁單極存在。

磁單極在現代宇宙論中占有重要地位。有一種大爆炸理論認為超重的磁單極粒子隻能在誕生宇宙的大爆炸發生後5秒鍾產生,因為隻有這時才有合適的溫度(103°K)。當時產生的單獨的N極和S極,其中一小部分後來結合在一起而湮沒,大部分則留了下來。今天的宇宙中還有磁單極存在,並且在相當於一個足球場的麵積上,一年約可能有一個磁單極粒子穿過。

在理論預言的同時,也有人試圖通過實驗證明磁單極的存在。1982年美國卡勃萊拉利用磁單極粒子穿過線圈時會引起磁通、量變化而產生感應電流這一規律設計製造了一套超導線圈探測裝置,並用超導量子幹涉器來測量線圈內磁通的微小變化。1982年2月14日,他發現了記錄儀上的電流有了突變。經過計算,正好等於狄拉克單位磁荷穿過線圈時所應該產生的突變。這是他連續等待了151天所得到的唯一的一個事例。以後雖經擴大線圈麵積也沒有再測到第二個事例。

還有其他的實驗嚐試,但直到目前還不能說在實驗上確認了磁單極的存在。

二、磁介質的應用

磁介質與應用技術有著密切的聯係,特別是具有鐵磁性的磁介質在電子技術中有著廣泛的應用。

通常把具有鐵磁性的磁介質稱之為磁性材料。根據材料的成分不同,又可分為金屬類磁性材料和非金屬類磁性材料。金屬類磁性材料主要是鐵和具有鐵磁性的合金,如矽鋼、坡莫合金等屬於軟磁材料;碳鋼、鋁鈷鎳合金等屬於硬磁材料。非金屬磁性材料又名鐵淦氧,它是金屬氧化物的燒結體也稱作鐵氧體。根據原料配方的不同可以製成軟磁材料,也可以製成硬磁材料。由於鐵氧體具有高磁導率和高電阻率,特別適用於電子技術。

總之磁性材料是電力、電子技術中重要的功能元件,它起著電磁轉換的功能。

電機中的轉子、定子及各類變壓器都要使用大量的軟磁材料。微波通訊使用的磁控管、回旋管都需用磁體產生恒定磁場來控製電子運動和使電子束聚焦。磁電式儀表、電聲器材等都需要使用硬磁材料。

在磁性記錄係統中的磁頭、磁帶和磁盤也要用到磁性材料,一台20英寸的彩色電視機需用50種磁性元件總重量約為0.8kg。

鐵氧體吸收材料能吸收和衰減電波的電磁能量,使反射電波減小或消除。把它塗在飛機和導彈表麵是反雷達的一種有效措施,在電子對抗的“隱身”技術中應用廣闊。

有一類鐵磁性材料具有非常奇特的性能,它的形狀能隨著磁場的變化而改變,稱為磁致伸縮。具有這種性能的材料稱為壓磁材料,用於聲納裝置的聲電換能器。

磁致冷技術是利用鐵磁質或順磁質在磁化退磁時將發生溫度變化這一磁卡效應來獲取低溫。