本
文
摘
要
一些由钢铁制成的物体，如缝衣针、螺丝刀等与磁铁接触后就会显示出磁性，这种现象叫做磁化。我们知道，电流可以激发磁场，通电螺线管外部的磁场与条形磁铁的磁场很相似。法国物理学家安培依此认为，磁铁的磁性也是由电流激发的，由此他提出了著名的分子电流假说（下图）。安培认为，在原子、分子等物质微粒内部，存在着一种环形电流——分子电流，分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极。一根铁棒，未被磁化的时候，内部各分子电流的取向是杂乱无章的，它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性。当铁棒受到外界磁场的作用时，各分子电流的取向变得大致相同，铁棒被磁化，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极。从而显示出磁性来。后来发现，分子电流磁性可归结为电子磁矩，原子中电子的旋转和自旋是物质磁性的根本原因。
安培的分子电流假说：（左）未被磁化的铁棒中分子电流杂乱无章；（右）分子电流在外部磁场作用下取向相同。正是这样，许多物质在磁场中都能够或多或少地被磁化。当然，我们知道，铁、钴、镍以及它们的合金，还有一些氧化物，磁化后的磁性比其他物质强得多，这又是什么原因呢？原来，这类物质的结构与其他物质有所不同，它们本身就是由很多已经磁化的小区域组成的，这些磁化的小区域叫做“磁畴”。磁化前，各个磁畴的磁化方向不同，杂乱无章地混在一起，各个磁畴的作用在宏观上互相抵消，物体对外不显磁性。磁化过程中，由于外磁场的影响，磁畴的磁化方向有规律地排列起来，使得磁场大大加强。现代探测技术证明了磁畴的存在。磁畴的大小约～10−4～10−710^{-4}～10^{-7} 米。
由于成分和结构的原因，有些铁磁性材料，在外磁场撤去以后，各磁畴的方向不易改变（有一定阻力），仍能很好地保持一致，物体具有很强的剩磁，这样的材料叫做硬磁性材料。有的铁磁性材料，外磁场撤去以后，磁畴的磁化方向又变得杂乱，物体没有明显的剩磁，这样的材料叫做软磁性材料。永磁体要有很强的剩磁，所以要用硬磁性材料制造。电磁铁要在通电时有磁性，断电时失去磁性，所以要用软磁性材料制造。
烧红的磁铁失去磁性，回形针从磁铁处脱离。磁化后的材料，一旦磁畴的有序排列被破坏，恢复到杂乱无章的状态，物体也就失去了磁性。对磁性材料进行加热，在高温下，物体内部微粒的无规则运动非常剧烈，为磁畴方向的改变提供了能量，导致原来有序的排列被打乱，从而会使之失去磁性。实际上，除了加热之外，剧烈震动、交变磁场的作用，同样可以打乱原来排列有序的微粒，使磁体失去磁性。工业上就常用强的交变磁场使物体消磁。
撰文/金新喜
发表于《科学世界》2016年9期
