§11-2  磁场和磁感应强度

    一、磁现象

    如果把条形磁铁去靠近铁屑,大家发现,大量的铁屑会吸附在磁铁的两端。这表明条形磁铁两端的磁性最强,称为磁极,磁铁都具两个磁极。如果用细线缚住条形磁铁的中部,将它水平地悬挂起来并能在水平面内自由转动,最后它必定停止转动,一端指向北方,另一端指向南方。指向北方的磁极称为磁北极,或N极;指向南方的磁极称为磁南极,或S极。

    与电荷之间存在相互作用一样,任何两个磁极之间也存在相互作用,同号磁极互相排斥,异号磁极互相吸引。与电荷周围存在电场一样,在磁极周围也存在磁场,并且,凡是处于该磁场中的任何其他磁极或运动电荷,都要受到磁场的作用力,这种作用力称为磁场力,或磁力。所以,磁场力是通过磁场这种特殊物质传递的。

    人们曾经认为磁和电是两类截然分开的现象,直到1819-1820年奥斯特(H.C.Oersted, 1777-1851)发现了电流的磁效应后,人们才认识到磁与电是不可分割地联系在一起的。实验表明,在载流导线周围也存在磁场,就像磁铁周围的磁场一样。因为电流是由运动电荷引起的,所以在运动电荷周围也存在磁场。1820年安培(A.M.Ampere, 1775-1836)相继发现了磁体对电流的作用和电流与电流之间的相互作用,进一步提出了分子电流假说,反映了他的关于磁性的纯电流起源的思想。安培假说认为:一切磁现象都起源于电流,一切物质的磁性都起源于构成物质的分子中存在的环形电流。这种环形电流称为分子电流。安培分子电流假说与近代关于原子和分子结构的认识相吻合。原子是由原子核和核外电子组成的,电子的绕核运动就形成了经典概念的电流。

    但是,物质磁性的起源不能完全用经典理论来描述。物质磁性的量子理论表明,核外电子的运动对物质磁性有一定贡献,但物质磁性的主要来源是电子的自旋磁矩,铁磁物质的强烈磁性则与相邻原子的电子自旋磁矩之间的交换作用有关。无论核外电子的运动提供的轨道磁矩,还是电子的自旋磁矩都不能用经典概念予以描述,相邻原子的电子自旋磁矩之间的交换作用是一种量子效应,更无经典概念与之相对应。

    前面说过,磁现象与电现象有很多类似之处,但是,在自然界有独立存在的电荷,正电荷或负电荷,却至今没找到独立存在的磁荷,即所谓“磁单极子”。目前科学家们几近一致的看法是,一对磁荷(N极和S极)与一对正、反粒子一样,可以在强烈的核事件中产生或消失。寻找“磁单极子”是当今科学界面临的重大课题之一。

       
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