子所磁矩不能相互抵消,導致整個原子具有一定的總磁矩。但是這些原子磁矩之間沒有相互作用,它 們是混亂排列的,所以整個物體沒有強磁性。只有少數物質(例如鐵、钴、鎳),它們的原子內部電子在不同自轉方向上的數量不一樣,這樣,在自轉相反的電子磁極互相抵消以後,還剩余一部分電子的磁矩沒有被抵消,如圖9所示。這樣,整個原子具有總的磁矩。同時,由於一種被稱為“交換作用”的機理,這些原子磁矩之間被整齊地排列起來,整個物體也就有了磁性。當剩余的電子數量不同時,物體顯示的磁性強弱也不同。例如,鐵的原子中沒有被抵消的電子磁極數最多,原子的總剩余磁性最強。而鎳原子中自轉沒有被抵消的電子數量很少,所有它的磁性比較弱。 抗磁性和抗磁共振(回旋共振) 物質的抗磁性是一些物質的原子中電子磁矩互相抵消,合磁矩為零。但是當受到外加磁場作用時,電子軌道運動會發生變化,而且在與外加磁場的相反方向產生很小的合磁矩。這樣表示物質磁性的磁化率便成為很小的負數(量)。磁化率是物質在外加磁場作用下的合磁矩(稱為磁化強度)與磁場強度之比值,符號為κ。一般抗磁(性)物質的磁化率約為負百萬分之一(-10-6)。常見的抗磁物質:水、金屬銅、碳(c)和大多數有機物和生物組織。抗磁物質的一個重要特點是磁化率不隨溫度變化。物質抗磁性的應用主要有:由物質的磁化率研究相關的物質結構是磁化學的一個重要研究內容;一些物質如半導體中的載(電)流子在一定的恆定(直流)磁場和高頻磁場同時作用下會發生抗磁共振(常稱回旋共振),由此可測定半導體中載流子(電子和空穴)的符號和有效質量(如圖10所示);由生物抗磁(性)組織的磁化率異常變化可推測該組織的病變(如癌變)。 [編輯本段]地球磁場 地球的磁性,是地球內部的物理性質之一。地球是一個大磁體,在其周圍形成磁場,即表現出磁力作用的空間,稱作地磁場。它和一個置於地心的磁偶極子的磁場很近似,這是地磁場的最基本特性。地球磁場的磁極和地理上的南北級方向正相反,而且和地球南北極並不重合,兩者之間有一個11度左右的夾角,叫磁偏角。此外地球磁場的磁極位置不是固定的,它有一個周期性變化...磁地磁場強度很弱,這是地磁場的另一特性,在最強的兩極其強度不到10-4(t),平均強度約為0.6x10-4(t),而它隨地點或時間的變化就更小,因此常用(γ),即10-9(t)做為磁場強度單位。 [編輯本段]電磁場 靜止的電荷會產生靜電場;靜止的磁偶極子會產生靜磁場。運動的電荷被稱為電流,會產生電場和磁場。 所謂的電磁場是電場與磁場的統稱。在固定(靜)電荷和電偶極化物質的四周會建立電場,當身體靠近電視或電腦熒幕前,會感受到毛發豎立。就是因為(靜)電場存在;磁場則源於電荷的移動,電流量愈大,磁場愈強。磁場強度的單位是a/m。而我們一般講的磁場其實指的是磁場密度,單位是t/tesla或g/gauss。 一般所稱的「場」指的是空間中的一個區域,進入的物體都會感受到力的作用。例如我們生活在地球的重力場中,也生活在地磁的磁場中,閃電時我們更籠罩在強大的電場中。 ◎電場:我們生活中常常會發現電場的存在,例如冬季脫毛衣發生的爆裂聲、接觸門把手的觸電感覺,這些都是因摩擦而產生的靜電現象。在電力的使用中,只要有電壓存在,電線或電器設備周圍就會有電場。電場一般是以千伏/米(kv/m)作單位。例如,閃電時地表約有30kv/m~150kv/m之直流電場強度,輸電線下之60赫電場強度在3kv/m~5kv/m以下。 ◎磁場:將磁鐵置於紙板下,灑鐵粉在紙板上,就會發現北極與南極間產生相連的幾圈條紋,這就是磁場。在電力使用中,只要有電流通過,導線的周圍就會產生磁場,磁場的單位是以特斯拉(t)或高斯(g)或毫高斯(mg)表示。 [編輯本段]電磁場理論的歷史 人們很早就接觸到電和磁的現象,並知道磁棒有南北兩極。在18世紀,發現電荷有兩種:正電荷和負電荷。不論是電荷還是磁極都是同性相斥,異性相吸,作用力的方向在電荷之間或磁極之間的連接線上,力的大小和它們之間的距離的平方成反比。在這兩點上和萬有引力很相似。18世紀末發現電荷能夠流動,這就是電流。但長期沒有發現電和磁之間的聯系。 19世紀前期,奧斯特發現電流可以使小磁針偏轉。而後安培發現作用力的方向和電流的方向,以及磁針到通過電流的導線的垂直線方向相互垂直。不久之後,法拉第又發現,當磁棒插入導線圈時,導線圈中就產生電流。這些實驗表明,在電和磁之間存在著密切的聯系。在電和磁之間的聯系被發現以後,人們認識到電磁力的性質在一些方面同萬有引力相似,另一些方面卻又有差別。為此法拉第引進了力線的概念,認為電流產生圍繞著導線的磁力線,電荷向各個方向產生電力線,並在此基礎上產生了電磁場的概念。 現在人們認識到,電磁場是物質存在的一種特殊形式。電荷在其周圍產生電場,這個電場又以力作用於其他電荷。磁體和電流在其周圍產生磁場,而這個磁場又以力作用於其他磁體和內部有電流的物體。電磁場也具有能量和動量,是傳遞電磁力的媒介,它彌漫於整個空間。 19世紀下半葉,麥克斯韋總結了宏觀電磁現象的規律,並引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是:變化著的電場能產生磁場;變化著的磁場也能產生電場。在此基礎上他提出了一組偏微分方程來表達電磁現象的基本規律。這套方程稱為麥克斯韋方程組,是經典電磁學的基本方程。麥克斯韋的電磁理論預言了電磁波的存在,其傳播速度等於光速,這一預言後來為赫茲的實驗所證實。於是人們認識到麥克斯韋的電磁理論正確地反映了宏觀電磁現象的規律,肯定了光也是一種電磁波。由於電磁場能夠以力作用於帶電粒子,一個運動中的帶電粒子既受到電場的力,也受到磁場的力,洛倫茲把運動電荷所受到的電磁場的作用力歸結為一個公式,人們就稱這個力為洛倫茨力。描述電磁場基本規律的麥克斯韋方程組和洛倫茨力就構成了經典電動力學的基礎。 [編輯本段]電磁場與一般輻射的比較 輻射是能量傳遞的一種方式,輻射依能量的強弱分為三種: 游離輻射:能量最強,可以破壞生物細胞分子,如α、β、γ射線。 非游離輻射(有熱效應):能量弱,不會破壞生物細胞分子,但會產生溫度,如微波、光。 非游離輻射(無熱效應):能量最弱,不會破壞生物細胞分子,也不會產生溫度,如無線電波、電力電磁場。 電磁場會衰減嗎?可以設法隔絕嗎? 電磁場的強度會隨著與發生源的距離加大而急速的降低。電場很容易被金屬的外殼、鋼筋混凝土的建築物隔絕。電力設備如變壓器、因有金屬外殼,故外面幾乎沒有電場。磁場卻很難隔絕,但如方向相反、大小相同的電流產生的磁場可以互相抵消。因此,三相輸電的電力線較單相電力線產生的磁場會小得多。本公司輸電線路均為三相線路,其所產生的磁場經相互抵銷後,均已甚低。 [編輯本段]家電產品產生的電磁場大小情況 家電器具使用低壓,即110伏特或220伏特電壓,因此電場強度很小。至於磁場大小又與耗電量、廠牌及距離有很大的差異。 下表是英國國家輻射保護局(nrpb)公布之磁場資料: 距離 電器品 3公分 1公尺 電視 25~500(毫高斯)
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