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任何分子都具有明确的磁矩 。这磁矩可能会跟分子的能态有关 。通常而言,一个分子的磁矩是下列贡献的总和,按照典型强度从大至小列出:
1、假若有未配对电子,则是其自旋所产生的磁矩(顺磁性贡献)
2、电子的轨域运动,处于基态时,所产生常与外磁场成正比的磁矩(抗磁性贡献)
3、依照核自旋组态,核自旋所产生的总磁矩 。
还有一个我们需要了解和知道的概念叫磁化强度,也是经常出现的 。
磁化强度,又称磁化矢量,是衡量物体的磁性的一个物理量,定义为单位体积的磁偶极矩,如下方程:
其中,M{displaystyle mathbf {M} }是磁化强度,n是磁偶极子密度,m{displaystyle mathbf {m} }是每一个磁偶极子的磁偶极矩 。
当施加外磁场于物质时,物质的内部会被磁化,会出现很多微小的磁偶极子 。磁化强度描述物质被磁化的程度 。采用国际单位制,磁化强度的单位是安培/米 。
物质被磁化所产生的磁偶极矩有两种起源 。
一种是由在原子内部的电子,由于外磁场的作用,其轨域运动产生的磁矩会做拉莫尔进动,从而产生的额外磁矩,累积凝聚而成 。
另外一种是在外加静磁场后,物质内的粒子自旋发生“磁化”,趋于依照磁场方向排列 。这些自旋构成的磁偶极子可视为一个个小磁铁,可以以矢量表示,作为自旋相关磁性分析的经典描述 。例如,用于核磁共振现象中自旋动态的分析 。
物质对于外磁场的响应,和物质本身任何已存在的磁偶极矩(例如,在铁磁性物质内部的磁偶极矩),综合起来,就是净磁化强度 。
在一个磁性物质的内部,磁化强度不一定是均匀的,磁化强度时常是位置矢量的函数 。
麦克斯韦方程组就是描述磁感应强度{displaystyle mathbf {B} }、磁场强度{displaystyle mathbf {H} }、电场{displaystyle mathbf {E} }、电势移{displaystyle mathbf {D} }、电荷密度{displaystyle rho }和电流密度{displaystyle mathbf {J} }的物理行为 。
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但还有一些物质表现出抗磁性,这是为什么呢?抗磁性是物质抗拒外磁场的趋向,因此会被磁场排斥 。所有物质都具有抗磁性 。可是,对于具有顺磁性的物质,顺磁性通常比较显著,遮掩了抗磁性 。
只有纯抗磁性物质才能明显地被观测到抗磁性 。例如,惰性气体元素和抗腐蚀金属元素(金、银、铜等等)都具有显著的抗磁性 。当外磁场存在时,抗磁性才会表现出来 。假设外磁场被撤除,则抗磁性也会遁隐形迹 。
在具有抗磁性的物质里,所有电子都已成对,内秉电子磁矩不能集成宏观效应 。抗磁性的机制是电子轨域运动,用经典物理理论解释如下:
由于外磁场的作用,环绕着原子核的电子,其轨域运动产生的磁矩会做拉莫尔进动,从而产生额外电流与伴随的额外磁矩 。
【什么是电偶极距和磁偶极距 磁偶极矩是什么】
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但是大家一定不要忘记,以上所有物理概念,电偶极距,磁偶极距,磁化强度等,都是需要和电磁场挂钩,只有在电磁场“平台”上才能实现这种计算 。这正是麦克斯电磁学方程的精髓 。
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而我上面所描述的这些概念现象,我们都是看不见的 。但是通过它们,我们看到了更多的东西,更远的东西,电磁学发展,带来了人类生活革命性的改变,我们也将走的更远 。
摘自独立学者灵遁者量子力学书籍《见微知著》 。此书电子版在淘宝有 。
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