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第三章真空中的静磁场
磁现象的研究与应用(即磁学)是一门古老而又年轻的学科说她古老是因为关于磁现象的发现和应
用的历史悠久说她年轻是因为磁的应用目前越来越广泛已形成了许多与磁学有关的边缘学科(图 )
磁现象是一种普遍现象即一切物质都具有磁性任何空间都存在磁场所以我们可以毫不夸张地说
磁学犹如一棵根深叶茂的参天大树
2 电磁学网上课件本章撰稿人熊曹水等
尽管人们对物质磁性的认识已有两千多年但直至 19 世纪 20 年代才出现采用经典电磁理论解释物质
磁性的代表――安培分子环流假说而真正符合实际的物质磁性理论却是在 19 世纪末发现电子 20 世
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纪初有了正确的原子结构模型和建立了量子力学以后才出现
因此在经典电磁学范围研究物质的磁性时我们虽然采用传统的观念即安培分子环流假说和等效
磁荷两种观点但必须强调我们要在原子结构模型和量子力学的基础上建立一个正确的概念即物质
的磁性来源于电子的轨道磁矩和自旋磁矩(图 )
只有这样我们才能准确理解物质的抗磁性顺磁性和铁磁性尤其是磁畴结构在外磁场中的变化是
铁磁性物质在外磁场中的磁化特点(图 )
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3-1 磁现象与安培安律
一基本磁现象
对基本磁现象的认识可以分成三个阶段
⇔磁铁
天然磁铁吸铁石能吸引铁镍钴等物质条形磁铁的两端称作磁极中部称作中性区(图 )
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将条形磁铁的中心支撑或悬挂起来使它能够在水平面内运动则两极总是指向南北方向分别称作 S
极和 N 极这是因为地球本身是一个磁场(图 ) 所以条形磁铁(指南针)可以与地磁场发生相互作用
条形磁铁与地球磁场之间以及条形磁铁之间的相互作用(图 )说明同号磁极相互排斥异号磁极相互
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吸引
进一步分析发现将一磁铁可以一直细分成很小很小的磁铁而每一个小磁铁都具有 N S 极(图 )
自然界中有独立存在的正电荷或负电荷但迄今却未发现独立的 N S 极尽管在近代理论中有人认为
可能存在磁单极子
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⇔磁铁电流⇔电流
1820 年 7 月 21 日奥斯特实验(图 )打破了长期以来电学与磁学彼此独立发展和研究的界限使人
们开始认识到电与磁有着不可分割的联系
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由图 可以看出电流对磁铁的作用由图 可以看出磁铁对电流的作用电流和电流之间也有相
互作用(图 )
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进一步发现一个载流螺线管的行为很像一根磁棒(图 )
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由此我们可以用右手定则来判断载流线圈的极性(图 )
⇔磁场⇔电流
类似于静止电荷之间的相互作用力是通过电场来传递的,上述的各种相互作用都是通过磁场来传递
的 1822 年安培提出了一个假说组成磁铁的最小单元(磁分子)就是环形电流这些分子环流定向地排
列起来在宏观上就会显示出 N S 极来(图 )