磁的发展史p

磁的发展简史我国是用文字记载磁现象最早的国家之一。

公元前 4 世纪战国时期成书的《管子》中已有“ 上有慈石者下有铜金” 的描述。

这是有关磁石和磁性矿的最早记载。

公元前 3 世纪的《吕氏春秋》中所写的“ 慈石召铁，或引之也” ，描述了磁石吸铁现象。

磁现象的应用，在我国古代后魏的《水经注》等书中，就提到秦始皇为了防备刺客行刺，曾用磁石建造阿房宫的北阀门，以阻止身带刀剑的刺客入内。

医书上还谈到用磁石吸铁的作用，来治疗吞针。

但磁现象早期应用方面，最光辉的成就是指南针的发明和应用，这也是我国对人类所做出的巨大贡献。

我国战国时期就发现了磁体的指南性。

最早指南的磁石是一种勺状的，叫司南，它的灵敏度虽很低，但却给人以启示：有一种地磁存在，磁石可以指向。

到北宋时期，制成新的指向仪器棗指南鱼。

在曾公亮的《武经总要》中详细记载了指南鱼的制造过程。

这里有个重大突破，就是采用了磁化的方法，使鱼形铁磁化后，成一个指向仪器。

此后，指南针的制造和安装方法在北宋沈括的《梦溪笔谈》中已有明确记载。

不久指南针与方位盘结合起来成了罗盘，为航海提供了方便而可靠的指向仪器。

后来，我国指南针传入欧洲。

到 16 世纪，欧洲出现了航海罗盘。

指南针的发明，推动了航海事业的发展，也为研究地磁三要素创造了条件。

英国人吉尔伯特在磁的研究方面做出了突出贡献。

他的著作《论磁》是人们对磁现象系统研究开始的标志，书是 1600 年出版的。

书中记录了吉尔伯特研究磁现象时所做的各种仪器，及实验过程，也记录了他从实验中所得到的结论。

他从磁性“ 小地球” 实验中，根据磁针的排列与指向，提出地球本身是一个大磁体，两极位于地理的北、南两极附近；提出了磁子午线概念；吉尔伯特还说明了磁偏角及地磁倾角的测定方法；铁的磁化及去磁概念；定性的研究磁石的吸引与推斥。

这都为磁的进一步研究开拓了道路上，为建立电磁场的理论体系打下了基础；在实践上，开创了电气化时代的新纪元。

法拉第发现电磁感应现象之后，解释了法国科学家阿拉果所做的被称之为“神密的实验——悬挂着的磁体下方放一个可自由转动的圆铜盘，当盘转动时，磁体会转动；反之，磁体转动时铜盘也会转动。

法拉第提出磁感线（磁力线）的概念，并第一次绘制了磁感线图。

他认为磁感线是代表实在的物质实体；每根磁感线都对应一对磁极。

后来又把有磁感线的空间称为“场”。

麦克斯韦是英国著名的物理学家，他发展了法拉第的“力线——场”的思想，并把它数学化，提出了描述电磁场运动规律的方程组，预言了电磁波的存在。

德国物理学家赫兹通过实验，令人信服地证明了电磁波的存在。

这不仅验证了麦克斯韦电磁场理论的正确，也为无线电技术的建立与发展奠定了基础。

爱因斯坦 1905 年建立的狭义相对论，第一次把两种自然力——电力与磁力统一起来。

近代随着电子计算机的发明，新的磁性材料不断涌现出来。

人类的科学技术及物质生产活动与电与磁已密不可分。

随着新的磁现象的发现，磁的更深刻的本质的揭露，磁的应用也到 18 世纪，在磁的研究方面有了新进展。

法国物理学家库仑在磁的研究方面也做出突出贡献他参加了法国科学院为设计指向力强、抗干扰性能好的指南针而举行的竞赛活动，并提出丝是指南针的设想，得到磁学奖，在此基础上制成了库仑扭秤。

在建立了电荷相互作用的库仑定律同时，得到了磁力的相互作用定律，可以说库仑是静电、静磁学的第一位奠基人。

此后，法国数学家、物理学家泊松，在库仑的基础上，提出了磁体间的相互作用的势函数积分方程，把磁的研究发展到定量阶段，但这时电与磁还是分别平行、独立地进行着研究。

丹麦物理学家奥斯特 1820 年发现了电流的磁效应，在当时的科学界引起巨大的反响和重视，科学家纷纷转向在这方面的讨论和研究，推动了整个电磁学的发展。

安培由电流磁效应想到：既然磁体之间有相互作用，电流与磁体间也有作用，那么两个载流导体之间也一定存在着相互作用。

他通过一系列实验，找到了电流间相互作用的实验根据，进行了定量研究，于 1820 年 12 月 4 日向科学院提交了一篇论文，提出计算两个电流线元间作用力的公式——安培定律表达式。

到 1821 年初，安培又进一步提出磁性起源的假说，这就是历史上有名的分子电流假说。

安培发现的载流导体间的相互作用，仅在奥斯特发现电流磁效应后的第 7 天。

新的发现的浪潮冲击着整个欧洲。

法拉第在新的发现面前，重做了已有的实验，并提出新的研究课题——既然电可以产生磁，为什么磁不可以产生电呢？他开始了磁生电的研究。

经过 10 年的艰苦努力，在大量实验的基础上，发现了电磁感应现象及其所遵循的规律。

电磁感应现象的发现是具有划时代意义的，法拉第把电与磁长期分立的两种现象最后联结在一起，揭露出电与磁的本质的联系，找到了机械能与电能之间的转化方法。

在理论上，为建立电磁场的理论体系打下了基础；在实践上，开创了电气化时代的新纪元。

法拉第发现电磁感应现象之后，解释了法国科学家阿拉果所做的被称之为“神密的实验——悬挂着的磁体下方放一个可自由转动的圆铜盘，当盘转动时，磁体会转动；反之，磁体转动时铜盘也会转动。

法拉第提出磁感线（磁力线）的概念，并第一次绘制了磁感线图。

他认为磁感线是代表实在的物质实体；每根磁感线都对应一对磁极。

后来又把有磁感线的空间称为“场”。

麦克斯韦是英国著名的物理学家，他发展了法拉第的“力线——场”的思想，并把它数学化，提出了描述电磁场运动规律的方程组，预言了电磁波的存在。

德国物理学家赫兹通过实验，令人信服地证明了电磁波的存在。

这不仅验证了麦克斯韦电磁场理论的正确，也为无线电技术的建立与发展奠定了基础。

爱因斯坦 1905 年建立的狭义相对论，第一次把两种自然力——电力与磁力统一起来。

近代随着电子计算机的发明，新的磁性材料不断涌现出来。

人类的科学技术及物质生产活动与电与磁已密不可分。

随着新的磁现象的发现，磁的更深刻的本质的揭露，磁的应用也将展现出新的局面。

为什么钢能变成永磁体而铁不能？永磁体是在外加磁场去掉后，仍能保留一定剩余磁化强度的物体。

要使这样的物体剩余磁化强度为零，磁性完全消除，必须加反向磁场。

使铁磁质完全退磁所需要的反向磁场的大小，叫铁磁质的矫顽力。

钢与铁都是铁磁质，但它们的矫顽力不同，钢具有较大的矫顽力，而铁的矫顽力较小。

这是因为在炼钢过程中，在铁中加了碳、钨、铬等元素，炼成了碳钢、钨钢、铬钢等。

碳、钨、铬多元素的加入，使钢在常温条件下，内部存在各种不均匀性，如晶体结构的不均匀、内应力的不均匀、磁性强弱的不均匀等。

这些物理性质的不均匀，都使钢的矫顽力增加。

而且在一定范围内不均匀程度愈大，矫顽力愈大。

但这些不均匀性并不是钢在任何情形下都具有的或已达到的最好状态，为使钢的内部不均匀性达到最佳状态，必须要进行恰当的热处理或机械加工。

例如碳钢在熔炼状态下，磁性和普通铁差不多；它从高温淬炼后，不均匀才迅速增长，才能成为永磁材料。

若把钢从高温度慢慢冷却下来，或把已淬炼的钢在六、七百摄氏度熔炼一下，其内部原子有充分时间排列成一种稳定的结构，各种不均匀性减小，于是矫顽力就随之减小，它就不再成为永磁材料了。

钢或其他材料能成为永磁体，就是因为它们经过恰当地处理、加工后，内部存在的不均匀性处于最佳状态矫顽力最大。

铁的晶体结构、内应力等不均匀性很小，矫顽力自然很小，使它磁化或去磁都不需要很强的磁场，因此，它就不能变成永磁体。

通常把磁化和去磁都很容易的材料，称为“软”磁性材料。

“软”磁性材料不能作永磁体，铁就属于这种材料。

地磁场的三要素地球是个大磁体，在地球周围空间存在着磁场，即地磁场。

实验证明，地磁极和地理的南北极并不完全相合而且地磁场磁感线的两个汇集点并不在地面上，而是在地面下。

它们间的距离比地球直径短，而且两个磁极的连线不经过地心。

由于地球的磁极与地理两极并不相合，所以磁针所指的南北方向仅仅是近似的。

磁针静止时所指的方向跟实际南北方向之间的夹角叫磁偏角，用φ表示，如图 8 － 4 所示。

各地的φ值不同。

地磁场的磁感线一般不与地面平行，而与水平面交成一定的角度，这个角叫磁倾角，用θ表示，它可以用磁倾测量仪测出来。

各地磁倾角不同，在地磁极处，θ =90° 。

磁偏角和磁倾角只能确定地磁场的方向，而不能表明地磁场强弱。

磁场的强弱是用磁感应强度表示的，它的方向就是磁感线的切线方向。

某一点处磁感应强度的水平分量很容易测量通常就用水平强度来表示某处地磁场的强弱。

知道了某地的磁偏角、磁倾角和水平强度，该点的地磁场就完全了解了。

所以这三个量叫做地磁场的三要素。

论磁场的研究在生产和科学上都有重大意义。

例如地磁异常现象可以帮助找矿，因为地磁异常往往是因为地下埋藏着大量的磁铁矿引起的。

又如地震也往往伴随着地磁异常现象。

因此测量地磁的变化是预测地震的一个重要手段。

铁氧体铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。

就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有较高的介电性能。

铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。

因而，铁氧体已成为高频弱电领域用途广泛的非金属磁性材料。

由于铁氧体单位体积中储存的磁能较低，饱含磁化强度也较低（通常只有纯铁的 1 ／ 3 ～ 1 ／ 5 ），因而限制了它在要求较高磁能密度的低频强电和大功率领域的应用。

铁氧体磁性材料按磁化性质和用途可分为如下几类：（ 1 ）铁氧体软磁材料。

这类材料在较弱的磁场下，易磁化也易退磁，如锌铬铁氧体和镍锌铁氧体等。

软磁铁氧体是目前用途广，品种多，数量大，产值高的一种铁氧体材料。

它主要用作各种电感元件，如滤波器磁芯、变压器磁芯、无线电磁芯，以及磁带录音和录像磁头等，也是磁记录元件的关键材料。

（ 2 ）铁氧体硬磁材料。

铁氧体硬磁材料磁化后不易退磁，因此，也称为永磁材料或恒磁材料。

如钡铁氧体、锶铁氧体等。

它主要用于电信器件中的录音器、拾音器、扬声器、各种仪表的磁芯等。

（ 3 ）铁氧体旋磁材料。

磁性材料的旋磁性是指在两个互相垂直的稳恒磁场和电磁波磁场的作用下，平面偏振的电磁波在材料内部虽然按一定的方向传播，但其偏振面会不断地绕传播方向旋转的现象。

金属、合金材料虽然也具有一定的旋磁性，但由于电阻率低、涡流损耗太大，电磁波不能深入其内部，所以无法利用。

因此，铁氧体旋磁材料旋磁性的应用，就成为铁氧体独有的领域。

旋磁材料大都与输送微波的波导管或传输线等组成各种微波器件。

主要用于雷达、通信、导航、遥测等电子设备中。

（ 4 ）铁氧体矩磁材料。

这是指具有矩形磁滞回线的铁氧体材料。

它的特点是，当有较小的外磁场作用时，就能使之磁化，并达到饱和，去掉外磁场后，磁性仍然保持与饱和时一样。

如镁锰铁氧体，银锰铁氧体等就是这样。

这种铁氧体材料主要用于各种电子计算机的存储器磁芯等方面。

（ 5 ）铁氧体压磁材料。

这类材料是指磁化时在磁场方向作机械伸长或缩短的铁氧体材料，如镍锌铁氧体，镍铜铁氧体和镍铬铁氧体等。