物质磁性的起源

物质磁性的起源一.磁现象的发现与认识我国是世界上最早发现和应用磁现象的国家之一，早在公元前300百年就发现磁铁吸引铁的现象。在十一世纪我国已制造出指南针（司南）(compass)。《山海经》中有“山中有磁石者，必有赤金。”《水经注》记载，秦始皇的阿房宫有“北阙门”用磁石做成的，以防刺客。•人们最早认识磁现象是从天然磁铁开始（称天然磁铁为永恒磁铁）对其基本现象的认识归纳如下：•同号的磁极有相互排斥力，异号的磁极有相互吸引力（磁铁间相互作用力称为磁力）•磁铁分割成小段，小段仍有两极（磁荷假说）•铁棒可以被磁化SNSN二.磁力、磁性的起源•在1820年以前，人们对磁现象的研究仅限于磁极（magniticpole）磁极间的相互作用。而把磁与电分割开来，看作彼此无关。•丹麦物理学家奥斯特——一位康德哲学思想的信奉者，就坚信：客观世界的各种力具有统一性。并开始对电与磁的统一性进行研究。奥斯特（HansChristanOersted，1777-1851）丹麦物理学家，发现了电流对磁针的作用，从而导致了19世纪中叶电磁理论的统一和发展。科学的真正突破在于打破思维定式的束缚，创建新的科学概念。1820年4月某天晚上，奥斯特在讲课的过程中发现，闭合电键的瞬刻，通电导线附近的磁针微微跳动了一下！奥斯特激动无比，他立刻中止讲座回到实验室，苦苦进行了三个月的连续实验研究，终于在1820年7月21日发表了题为《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文。这篇仅用4页纸写成的极其简洁的实验报告，向科学界宣布了电流的磁效应，轰动了整个欧洲。奥斯特的发现立即引起法国数学家、物理学家安培（A.M.Ampere）的注意。他的想法是如果电流激发的磁场能作用于磁性物质，那么它也应能作用于电流！他在短短的几个星期内对电流的磁效应作了系列的研究。发现不仅电流对磁针有作用，而且两个电流之间彼此也有作用。安培提出分子电流(molecularcurrent)的假设。安培演示电流相互作用的装置安培演示电流相互作用的装置三.磁性的产生•现代物理已经充分把握，宏观物质的磁性起源于原子的磁矩，而原子的磁矩又由原子核磁矩和其所含电子的磁矩组成。实验证明原子核的磁矩很小，可以忽略。电子轨道运动产生轨道磁矩电子自旋运动产生自旋磁矩原子的总磁矩物质磁性的起源•电子的轨道磁矩电子的轨道磁矩由电子绕原子核的运动产生。沿着轨道运动的电子相当于一个闭合回路中的电流，称为（安培）分子电流。根据电磁感应定律，任何闭合电流都要产生磁场，所以电子的轨道运动要在原子内部产生一个磁矩——电子的轨道磁矩。nI•电子自旋磁矩电子自旋是电子绕着一定轴线进行的一种自旋运动。与电子的轨道运动一样，电子的自旋也相当于是一个闭合电流，必定会产生磁矩——自旋磁矩。磁场趣闻你知道地球的磁场是怎么来吗？目前获得较多认同的关于地球磁场形成原因的假说是“发电机假说”，即地球磁场是地核外层熔化的铁和镍流动从而产生电磁感应的结果，类似发电机的转子那样。而这些导电流体流动的原因是对流以及地球自转。鸟儿眼中的磁场•欧亚鸲（Erithacusrubecula）能够探测出地球的磁场，在它们在漫长的迁徙中起到导航的作用。而这一“指南”的感官必然与它们的眼球有着联系，因为在夜间这些鸟不能探测磁场。•当太阳光的光子被鸟儿眼中的特殊分子所吸收时，能使电子摆脱原先正常的状态并发生偏移。当电子最终稳定下来时，将产生一个“电偶极场”，并可以改变鸟儿的视觉，比如看到的颜色或亮度。就像飞行员戴的显示设备将关键的导航信息覆盖在透明屏幕上一样。人眼能感知磁场吗？•“看到”地磁场的能力，在那些长距离迁徙的动物身上司空见惯。海龟、燕子都能感知地磁场的存在，也许潜藏在人类眼睛中的超能力也可以感知地磁场。•有一种蛋白质是“看到”磁场的关键，它就是cryptochrome2（以后简称C-2）。将失去C-2蛋白的果蝇移植入人类的C-2蛋白，它们便具有了感知地磁场的能力。虽然果蝇和人存在很大的差异，但是C-2蛋白在果蝇眼中的表达却丝毫不受影响。在果蝇的眼睛里，布满了C-2蛋白。•人类能够通过C-2蛋白在视网膜上的表达获得感知地磁场的能力吗？•舒尔滕（伊利诺伊大学厄本那•香槟分校的生物物理学家）认为，也许人类的地磁感知能力被人类的寿命取代了。他在研究中发现，C蛋白的指南针效果需要过氧化物的参与，而过氧化物中的自由基会破坏DNA。对于一个寿命不长的动物来说，这不成问题，但是对于生命长达数十年的物种来说，却几乎不可能。•尽管如此，舒尔滕认为“人类和许多其他的动物，也许在很久之前具有过地磁感知能力。”Thankyou!end