磁學(xué)是研究靜磁學(xué)和電磁學(xué)的磁現(xiàn)象以及物質(zhì)磁性及其應(yīng)用的學(xué)科。一個(gè)永磁體或指南針同另一個(gè)永磁體是互相吸引或排斥,依它們的相對(duì)位向而定。兩塊鄰近的永磁體間的相吸或相斥的力可以很強(qiáng),容易用手感覺(jué)到。一塊普通的鐵,經(jīng)過(guò)一個(gè)永磁體的吸引作用后,也獲得了永磁性,在遠(yuǎn)離永磁體后仍能吸引別的鐵塊,但往往它只能暫時(shí)地具有這性能。
磁學(xué)-----發(fā)展簡(jiǎn)史
有些天然鐵礦石在采出時(shí)就呈現(xiàn)永磁性,其中主要成分為一種氧化鐵(Fe3O4,稱磁鐵礦)的礦石磁性*強(qiáng),中國(guó)古人稱它為“慈石”,意為慈愛(ài)的石頭,隱含了它能吸鐵的特性。這名詞逐漸轉(zhuǎn)為“磁石”,又轉(zhuǎn)為通俗名稱“吸鐵石有些天然鐵礦石在采出時(shí)就呈現(xiàn)永磁性,其中主要成分為一種氧化鐵(Fe3O4,稱磁鐵礦)的礦石磁性*強(qiáng),中國(guó)古人稱它為“慈石”,意為慈愛(ài)的石頭,隱含了它能吸鐵的特性。這名詞逐漸轉(zhuǎn)為“磁石”,又轉(zhuǎn)為通俗名稱“吸鐵石”。古籍中開始出現(xiàn)磁石和磁石吸鐵的記述,應(yīng)該是在對(duì)它們已有了較普及的認(rèn)識(shí)之后。在中國(guó)的《管子》一書中就有磁石和磁石引鐵的記載。管仲約死在公元前645年。因管子書中雜有他死后年代的事,它常被認(rèn)為后人假托的書。但即使這樣,當(dāng)也不會(huì)晚于戰(zhàn)國(guó)后期,即公元前4至前3世紀(jì)。漢初劉安(公元前179~前122)的《淮南子·覽冥篇》中有“若以慈石之能連鐵也,而取其引瓦,則難矣……”的記載。東漢王充(公元27~約97)的《論衡·亂龍篇》中有“頓牟掇芥,慈石引針?!保D牟即琥珀;芥指芥菜子,統(tǒng)喻干草、紙等的微小屑末)的記述。歐美的有關(guān)科技文獻(xiàn)常把磁石吸鐵的記載遠(yuǎn)溯到古希臘的泰勒斯時(shí)期,但這是根據(jù)亞里士多德的轉(zhuǎn)述;柏拉圖的早期對(duì)話集中引了蘇格拉底的話“……(這石塊)不但吸鐵環(huán),而且傳給它們同樣的吸引別的環(huán)的本領(lǐng),而有時(shí)你可看見(jiàn)若干鐵塊和環(huán)接二連三地懸成一條頗長(zhǎng)的鏈”。根據(jù)這些記述可以認(rèn)為,西方關(guān)于磁的*早記述始于公元前500年左右。 公元1044年,北宋曾公亮、丁度等修撰的《武經(jīng)總要》中有應(yīng)用磁石的水浮型指南針制法的敘述;沈括的《夢(mèng)溪筆談》也記述了用絲懸起的或硬滑支點(diǎn)(如碗的邊緣)平衡著的鐵針做的實(shí)驗(yàn),并說(shuō)明鐵針?biāo)覆皇钦隙⑵珫|;略晚于沈括的朱或所著的《萍洲可談》(約于公元1119年問(wèn)世)則已提到廣州海船在陰晦天氣用指南針航海。
在歐洲,公元1190年以前沒(méi)有一點(diǎn)關(guān)于磁石能指方向的史料,英國(guó)科學(xué)家吉伯認(rèn)為它是由馬可波羅(1254~1324)或其同時(shí)代人帶回的,這樣反而把這事推后了一個(gè)世紀(jì)。法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鲇?785年確立了靜電荷間相互作用力的規(guī)律——庫(kù)侖定律之后,同樣的定律也適用于磁極之間的相互作用。
丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特在1820年發(fā)現(xiàn),一條通過(guò)電流的導(dǎo)線會(huì)使其近處?kù)o懸著的磁針偏轉(zhuǎn),顯示出電流在其周圍的空間產(chǎn)生了磁場(chǎng),這是證明電和磁現(xiàn)象密切結(jié)合的**個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。緊接著,法國(guó)物理學(xué)家安培等的實(shí)驗(yàn)和理論分析,闡明了載著電流的線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng),以及電流線圈間相互作用著的磁力。
奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁場(chǎng)后不久,有些物理學(xué)家就想到是否有些物質(zhì)(如鐵)所表現(xiàn)的宏觀磁性也來(lái)源于電流。那時(shí)還未發(fā)現(xiàn)電子,但關(guān)于物質(zhì)構(gòu)造的原子論已有不小的發(fā)展。安培首先提出,鐵之所以顯現(xiàn)強(qiáng)磁性是因?yàn)榻M成鐵塊的分子內(nèi)存在著永恒的電流環(huán),這種電流沒(méi)有像導(dǎo)體中電流所受到的那種阻力,并且電流環(huán)可因外來(lái)磁場(chǎng)的作用而自由地改變方向。除了古時(shí)已知道的磁鐵礦和鐵外,人們?cè)趦汕Ф嗄曛羞€沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他具有強(qiáng)磁性的物質(zhì)。發(fā)現(xiàn)鈷(1733)和鎳(1754)后不久就知道它們也像鐵那樣具有強(qiáng)磁性。至于一般的物質(zhì)在較強(qiáng)磁場(chǎng)作用下能否多少表現(xiàn)一點(diǎn)磁性,則直到法拉第在老年時(shí)期才有系統(tǒng)的觀察。英國(guó)工程師斯特金于1824年創(chuàng)制了電磁體,故那時(shí)實(shí)驗(yàn)室可有較強(qiáng)的磁場(chǎng)設(shè)備,但法拉第在需要高度穩(wěn)定的磁場(chǎng)時(shí)仍用了大的永磁體。 1895年,法國(guó)物理學(xué)家居里發(fā)表了他對(duì)三類物質(zhì)的磁性的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果,他認(rèn)為:抗磁體的磁化率不依賴于磁場(chǎng)強(qiáng)度且一般不依賴于溫度;順磁體的磁化率不依賴于磁場(chǎng)強(qiáng)度而與**溫度成反比(這被稱為居里定律);鐵在某一溫度(后被稱為居里點(diǎn))以上失去其強(qiáng)磁性。
19世紀(jì)30年代初,法國(guó)物理學(xué)家奈耳從理論上預(yù)言了反鐵磁性,并在若干化合物的宏觀磁性方面獲得了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。1948年他又對(duì)若干鐵和其他金屬的混合氧化物的磁性與鐵磁性的區(qū)別作了詳細(xì)的闡釋,并稱這類磁性為亞鐵磁性。于是就有了五大類磁性。*近十多年來(lái)又有些學(xué)者提出了幾種磁性的新名稱,但這些都屬于鐵磁性的分支。
法國(guó)物理學(xué)家朗之萬(wàn)于1905年提出了抗磁性和順磁性的經(jīng)典理論,但十多年后范列文證明,朗之萬(wàn)理論中的某些假設(shè)不合于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理,及至原子結(jié)構(gòu)的量子論模型興起后,朗氏的假設(shè)又成為可允許的?!?。古籍中開始出現(xiàn)磁石和磁石吸鐵的記述,應(yīng)該是在對(duì)它們已有了較普及的認(rèn)識(shí)之后。在中國(guó)的《管子》一書中就有磁石和磁石引鐵的記載。管仲約死在公元前645年。因管子書中雜有他死后年代的事,它常被認(rèn)為后人假托的書。但即使這樣,當(dāng)也不會(huì)晚于戰(zhàn)國(guó)后期,即公元前4至前3世紀(jì)。漢初劉安(公元前179~前122)的《淮南子·覽冥篇》中有“若以慈石之能連鐵也,而取其引瓦,則難矣……”的記載。東漢王充(公元27~約97)的《論衡·亂龍篇》中有“頓牟掇芥,慈石引針?!保D牟即琥珀;芥指芥菜子,統(tǒng)喻干草、紙等的微小屑末)的記述。歐美的有關(guān)科技文獻(xiàn)常把磁石吸鐵的記載遠(yuǎn)溯到古希臘的泰勒斯時(shí)期,但這是根據(jù)亞里士多德的轉(zhuǎn)述;柏拉圖的早期對(duì)話集中引了蘇格拉底的話“……(這石塊)不但吸鐵環(huán),而且傳給它們同樣的吸引別的環(huán)的本領(lǐng),而有時(shí)你可看見(jiàn)若干鐵塊和環(huán)接二連三地懸成一條頗長(zhǎng)的鏈”。根據(jù)這些記述可以認(rèn)為,西方關(guān)于磁的*早記述始于公元前500年左右。