第一節(jié)物質(zhì)的磁性

第一節(jié)物質(zhì)的磁性第一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日生物磁學(xué)作為一門學(xué)科的確立是在20世紀(jì)60年代。但是，磁學(xué)和生物學(xué)早在古代就已經(jīng)發(fā)生了聯(lián)系。早在2000多年前，司馬遷在《史記》中就談到“齊王侍醫(yī)遂病，自煉五石服之”，磁石就是五石之一。古希臘醫(yī)生加侖約公元2世紀(jì)才利用磁石來治療腹瀉。相比之下，希臘采用磁療要比我國(guó)晚200多年。近10多年來，生物磁學(xué)發(fā)展非常迅速。研究?jī)?nèi)容豐富多彩。磁場(chǎng)在醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等方面，都有重要應(yīng)用。人類對(duì)磁性的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用歷史悠久

第二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

以下是我們?cè)陔姶艑W(xué)課中見到的磁現(xiàn)象

第三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

所有的物質(zhì)都有磁性嗎？第十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日磁性是物質(zhì)的基本屬性，就像物質(zhì)具有質(zhì)量和電性一樣換句更簡(jiǎn)單的話說就是：一切物質(zhì)都具有磁性第十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日生物磁學(xué)磁學(xué)生物學(xué)物質(zhì)磁性在各個(gè)方面都得到廣泛應(yīng)用第十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第二章生物磁學(xué)第一節(jié)物質(zhì)的磁性第二節(jié)生物物質(zhì)的磁性和生物磁場(chǎng)第三節(jié)磁場(chǎng)的生物效應(yīng)第四節(jié)磁技術(shù)在生物和醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)物質(zhì)的磁性1.1物質(zhì)磁性的起源1.2原子、分子的磁矩1.3磁化率與磁導(dǎo)率1.4順磁性和抗磁性第十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1.1物質(zhì)磁性的起源：安培分子電流學(xué)說

組成磁鐵的每個(gè)分子都具有一個(gè)小的分子電流，經(jīng)過磁化的磁鐵其小分子電流都定向規(guī)則排列。第十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1電子的軌道磁矩現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為物質(zhì)磁性來源于原子的磁性2電子的自旋磁矩3原子核的核磁矩第二十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

原子的總磁矩應(yīng)是原子中各個(gè)電子的軌道磁矩、自旋磁矩及原子核磁矩（可以忽略）相加起來的合磁矩第二十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1.2原子、分子的磁矩

1.電子及原子的磁矩2.分子磁矩和分子電流第二十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1.電子及原子的磁矩

電子軌道磁矩電子自旋磁矩第二十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日具有一個(gè)電子的原子的總磁矩為，原子核的磁矩也具有e/mc的表達(dá)形式，但因核質(zhì)量比電子質(zhì)量大三個(gè)量級(jí)，故其磁矩貢獻(xiàn)很小，可以忽略。第二十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2.分子磁矩和分子電流電子軌道磁矩電子自旋磁矩原子核的磁矩(molecularmagneticmoment)(molecularcurrent)分子電流I分子磁矩m等效第二十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1.3磁化率與磁導(dǎo)率1、磁化強(qiáng)度2、磁化率3.磁導(dǎo)率第二十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日感應(yīng)磁矩在磁場(chǎng)作用下，分子的固有磁矩（圓電流）會(huì)受到力矩作用而從新取向，產(chǎn)生的磁矩叫感應(yīng)磁矩。這種物質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下所發(fā)生的變化叫磁介質(zhì)的磁化，能夠磁化的物質(zhì)稱作磁介質(zhì)。第二十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日1、磁化強(qiáng)度

磁介質(zhì)中單位體積的所有分子或原子的磁矩（固有磁矩與感應(yīng)磁矩的總和）叫磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度。磁化強(qiáng)度是用來描述磁介質(zhì)磁化程度的物理量。第二十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日2、磁化率其中χ稱為磁體的磁化率，表征磁體磁化難易程度

磁化強(qiáng)度與外加磁場(chǎng)的關(guān)系：第二十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日介質(zhì)磁化后，磁化電流所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，根據(jù)場(chǎng)疊加原理。介質(zhì)中的合場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：——相對(duì)磁導(dǎo)率

反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度

定義：3.磁導(dǎo)率第三十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日磁場(chǎng)強(qiáng)度在任何磁介質(zhì)中，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ與同一點(diǎn)上的磁導(dǎo)率u的比值，稱為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度．即在SI制中，磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是：在CGS制中，磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為奧斯特第三十一頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日介質(zhì)磁化后，合場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場(chǎng)增強(qiáng)原場(chǎng)如鋅、銅、水銀、鉛等如錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都非常接近于1。鐵磁質(zhì)具有顯著的增強(qiáng)原磁場(chǎng)的性質(zhì)——強(qiáng)磁性物質(zhì)1.4順磁性和抗磁性第三十二頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日相對(duì)磁導(dǎo)率

順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)第三十三頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日鐵磁性物質(zhì)

在順磁性物質(zhì)中，有些元素（如鐵、鈷、鎳），其原子的磁矩可以有序地排列起來，產(chǎn)生比一般順磁性物質(zhì)高幾十萬倍的強(qiáng)磁性，稱它們?yōu)殍F磁性物質(zhì)。自然界中絕大多數(shù)物質(zhì)有抗磁性，部分有順磁性，少數(shù)有鐵磁性第三十四頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日鐵磁質(zhì)的特性：鐵——10430C鎳——6300C鈷——13900C2)當(dāng)外磁場(chǎng)停止作用時(shí)，仍能保持其磁化狀態(tài)；1)在外磁場(chǎng)作用下能產(chǎn)生很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；3)有一臨界溫度（居里溫度）TcT<Tc,磁化強(qiáng)度M隨H迅速增加，在相當(dāng)?shù)偷腍下便可達(dá)到飽和。T>Tc，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)19世紀(jì)末，居里發(fā)現(xiàn)磁石加熱到一定溫度，原來的磁性就消失。這個(gè)溫度叫“居里點(diǎn)”第三十五頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日鐵磁體在弱磁場(chǎng)中的行為T>>Tc的鐵磁體T<<Tc的鐵磁體T略低于Tc的鐵磁體H第三十六頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化的現(xiàn)象，叫磁滯現(xiàn)象當(dāng)磁化場(chǎng)在正負(fù)兩個(gè)方向上往復(fù)變化時(shí)，介質(zhì)的磁化過程經(jīng)歷著一個(gè)循環(huán)的過程。閉合曲線SRCS’R’C’S叫做鐵磁質(zhì)的磁滯回線。對(duì)應(yīng)同一個(gè)H有多個(gè)B鐵磁性物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象第三十七頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

當(dāng)鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到飽和后，如果將磁化場(chǎng)去掉（H=0），介質(zhì)的磁化狀態(tài)并不恢復(fù)到原來的起點(diǎn)O，而是保留一定的磁性（SR段）。若要使介質(zhì)完全退磁，必須矯枉過正，加一相反方向的磁化場(chǎng)（H<0）。只有當(dāng)反方向的磁化場(chǎng)大到一定程度時(shí)，介質(zhì)才完全退磁。退磁后，如果反方向的磁化場(chǎng)的數(shù)值繼續(xù)增大，介質(zhì)將沿相反的方向磁化，直到飽和（CS’段）。此后若使反方向的磁化場(chǎng)數(shù)值減少到0，然后又沿正方向增加，介質(zhì)的磁化狀態(tài)將沿S’R’C’S回到正向飽和磁化狀態(tài)S。曲線S’R’C’S和SRCS’對(duì)于坐標(biāo)點(diǎn)O是對(duì)稱的。第三十八頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日剩磁Br：當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減小到零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度并不等于零，而是仍有一定的數(shù)值Br，Br叫做剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS：所有磁疇都與外場(chǎng)方向一致。相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。矯頑力HC：當(dāng)H=-Hc時(shí)，鐵磁質(zhì)的剩磁就消失了，鐵磁質(zhì)不顯磁性。通常把Hc叫做矯頑力。鐵磁質(zhì)在交變電流勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的，要損失能量，稱為磁滯損耗。-HcHcBrBs第三十九頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日

以上簡(jiǎn)述了物質(zhì)磁學(xué)性質(zhì)的一些基礎(chǔ)知識(shí)和規(guī)律。總結(jié)起來，物質(zhì)的磁性來自原子的磁性。原子的磁性來源于：電子的軌道運(yùn)動(dòng)、自旋運(yùn)動(dòng)和原子核的自旋運(yùn)動(dòng)。根據(jù)物質(zhì)在磁場(chǎng)中磁化的方向與外加磁場(chǎng)的關(guān)系，有順磁物質(zhì)、抗磁物質(zhì)；順磁物質(zhì)中能夠產(chǎn)生很強(qiáng)磁性的物質(zhì)叫鐵磁物質(zhì)。鐵磁物質(zhì)具有磁滯現(xiàn)象。第四十頁(yè)，共四十二頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)物質(zhì)的磁性重點(diǎn)*1.1物質(zhì)磁性的起