抗磁性、順磁性和鐵磁性是指不同材料對磁場的反應。抗磁性、順磁性和鐵磁性之間的主要區別在於,抗磁性是指一種與外部磁場相反形成的磁性,當外部磁場被消除時,這種磁性就會消失;順磁性是指一種沿外磁場方向形成的磁性,當外磁場消失時,順磁性消失;鐵磁性是指材料中沿外磁場方向形成的一種磁性,當外磁場被消除時,這種磁性仍能保持。
在量子力學中,電子有角動量。這裡所說的“角動量”是一種量子力學性質,但它可以被認為類似於經典物理學中的角動量,在經典物理學中,物體在旋轉運動時有角動量。
電子錶現出兩種角動量:自旋角動量和軌道角動量。自旋角動量是電子的固有特性,就像它們的電荷或質量一樣。軌道角動量是電子在原子中所具有的一種性質。每個角動量都有一個磁矩。磁矩是一種使電子在磁場中受到力的性質。
The magnetic moment ( ) due to spin angular momentum ( ) is given by:
where and are the charge and mass of an electron respectively.
Similarly, the magnetic moment ( ) due to orbital angular momentum ( ) is given by:
所有的材料都是抗磁性的。抗磁性是三種不同型別磁性中最弱的。因此,如果一種物質是順磁性或鐵磁性的,那麼它的抗磁效應就會被這兩種磁性所掩蓋。在抗磁材料中,材料中每個電子的磁矩被抵消。當抗磁材料置於磁場下時,該材料產生與外部磁場相反的磁場。結果,材料被外場排斥。例如,下圖顯示的是一隻活青蛙,它被用來在強磁場下懸浮。在這裡,青蛙的身體表現出抗磁性:
Due to diamagneti**, the frog produces a magnetic field that causes it to repel the external magnetic field. Therefore, it “floats”.
在原子中有未配對電子的材料中,單個電子的磁矩不能完全抵消,因此原子留下一個合成磁矩。然而,原子的磁矩是在隨機方向上排列的,因此材料作為一個整體不顯示磁性。然而,如果將這種材料置於外磁場中,那麼單個原子的磁矩就可以與外磁場對齊,從而使材料磁化。順磁性材料產生的磁場指向與外磁場相同的方向。這種材料只有在外部磁場中才會顯示磁性。如果外部磁場被關閉,那麼材料就會失去磁化作用。順磁性材料包括液氧和某些金屬。下麵的影片演示了液氧的順磁性:
構成鐵磁性材料的原子中有未配對的電子,因此每個原子都有一個凈磁矩。附近原子的磁矩趨向於排列,在材料中形成不同的區域(稱為磁疇),在這些區域中,由於單個原子產生的磁矩排列在一起。然而,不同的磁疇仍可能有指向不同方向的磁矩。當鐵磁性材料置於外磁場中時,磁場中的不同磁疇都與外磁場對齊。
How the magnetic moments of different magnetic domains align with an external magnetic field, as the external magnetic field strength is increased.
即使去除了外部磁場,這種材料也能保持其磁化強度。鐵磁性材料包括鐵、鈷、鎳及其合金。
在抗磁性材料中,單個原子沒有凈磁矩。
在順磁性和鐵磁性材料中,每個原子都有自己的磁矩。
抗磁材料的磁場與外部磁場的方向相反。
順磁性和鐵磁性材料的磁場與外部磁場的方向一致。
當外部磁場被移除時,抗磁和順磁材料失去了它們的磁化。
鐵磁性材料即使在去除外部磁場的情況下也能保持其磁化強度。
Image Courtesy
“A live frog levitates inside the Ø32mm vertical bore of a Bitter solenoid in a magnetic field of about 16 tesla at the Nijmegen High Field Magnet Laboratory” by Lijnis Nelemans (English Wikipedia) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Comm***
“埃斯克瑪·德·多明尼奧斯·馬格納é鐵磁體ándose con un campo creciente…“由4lex在西班牙維基百科(從es.Wikipedia轉移到Comm***)[CC by-SA 3.0],透過維基媒體Comm***
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