疇[物理學概念]

疇[物理學概念]
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疇,全稱磁疇,是鐵磁質的基本組成部分;材料內部擁有均一磁化強度的區域;鐵磁質的原子磁矩主要由原子中電子自鏇決定;在各磁疇中,原子磁矩的排列各有相互平行的自發傾向,磁矩方向保持一致,因此具有磁性;但是各磁疇的排列方向是混亂的,所以鐵磁體在沒有被磁化前不顯磁性。

簡介

磁疇是鐵磁質的基本組成部分;材料內部擁有均一磁化強度的區域;鐵磁質的原子磁矩主要由原子中電子自鏇決定;在各磁疇中,原子磁矩的排列各有相互平行的自發傾向,磁矩方向保持一致,因此具有磁性;但是各磁疇的排列方向是混亂的,所以鐵磁體在沒有被磁化前不顯磁性。

磁矩結構與鐵磁性物質(例如鐵)的磁性行為有關。在其他的材料中,一般並不存在磁疇結構。在居里溫度以下,磁疇是自發出現的,並不需要外部磁場的存在。不同磁疇內磁矩的方向不同,在磁疇的邊界,磁矩從一個方向連續地過度到另一個方向。磁疇的典型尺寸在10 m 。

在外磁場的作用下,各磁疇的大小發生變化,自發磁化方向和外磁場方向相同或近似相同的磁疇擴大,方向相反或近似相反的磁疇縮小,以致外磁場方向上的總磁矩跟著外磁場的增強而增加;當外磁場增強到一定程度,所有磁疇的磁矩方向一致,這時達到磁性飽和。

磁矩

磁矩是磁鐵的一種物理性質。處於外磁場的磁鐵,會感受到力矩,促使其磁矩沿外磁場的磁場線方向排列。磁矩可以用矢量表示。磁鐵的磁矩方向是從磁鐵的指南極指向指北極,磁矩的大小取決於磁鐵的磁性與量值。不只是磁鐵具有磁矩,載流迴路、電子、分子或行星等等,都具有磁矩。

科學家至今尚未發現宇宙中存在有磁單極子。一般磁性物質的磁場,其泰勒展開的多極展開式,由於磁單極子項目恆等於零,第一個項目是磁偶極子項、第二個項目是磁四極子(quadrupole)項,以此類推。磁矩也分為磁偶極矩、磁四極矩等等部分。從磁矩的磁偶極矩、磁四極矩等等,可以分別計算出磁場的磁偶極子項目、磁四極子項目等等。隨著距離的增遠,磁偶極矩部分會變得越加重要,成為主要項目,因此,磁矩這術語時常用來指稱磁偶極矩。有些教科書內,磁矩的定義與磁偶極矩的定義相同。

兩種磁源

在任何物理系統里,磁矩最基本的源頭有兩種:

•電荷的運動,像電流,會產生磁矩。只要知道物理系統內全部的電流密度分布(或者所有的電荷的位置和速度),理論上就可以計算出磁矩。

•像電子、質子一類的基本粒子會因自鏇而產生磁矩。每一種基本粒子的內稟磁矩的大小都是常數,可以用理論推導出來,得到的結果也已經通過做實驗核對至高準確度。例如,電子磁矩的測量值是−9.284764×10焦耳/特斯拉。磁矩的方向完全決定於粒子的自鏇方向(電子磁矩的測量值是負值,這意味著電子的磁矩與自鏇呈相反方向)。

整個物理系統的淨磁矩是所有磁矩的矢量和。例如,氫原子的磁場是以下幾種磁矩的矢量和:

•電子的自鏇。

•電子環繞著質子的軌域運動。

•質子的自鏇。

再舉個例子,構成條形磁鐵的物質,其未配對電子的內稟磁矩和軌域磁矩的矢量和,是條形磁鐵的磁矩。

參閱

•電偶極矩

•磁化強度

•磁化率

•球多極矩

•絕熱不變數

•磁偶極間相互作用(Magnetic dipole-dipole interaction)

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