軟磁合金粉芯的基礎理論 (2)

              (磁性的歷史與根源)

引 言

在過(guò)去，電對于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，是主導人類(lèi)發(fā)展的核心之一； 在現代，電對于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，就如同空氣，水一般，是不可或缺的因素。因此，哪怕不是專(zhuān)家，一般人對于電也有普遍的認知，也意識到了電的重要性。

為了更安全有效地使用電器，我們身邊大部分電器中都有磁性物質(zhì)，但是很多人要么誤以為這是電的一部分，要么根本不知道此類(lèi)物體的存在，所以相對于它的貢獻，并沒(méi)有被廣泛認識。

可是，近由于能量，環(huán)境等問(wèn)題，高效率在電產(chǎn)品，太陽(yáng)能發(fā)電，電車(chē)等領(lǐng)域成為重要話(huà)題。漸漸地，人們對磁性物質(zhì)的認知也在慢慢改變，現在已成為戰略性核心材料，促進(jìn)了對于磁性物質(zhì)的研究和開(kāi)發(fā)。

因此學(xué)習磁性物質(zhì)的學(xué)生和從事相關(guān)專(zhuān)業(yè)的人數越來(lái)越多，但是，可供他們參考的教材卻不多，大部分的技術(shù)書(shū)籍都比較著(zhù)重于理論性的部分，對于磁性物質(zhì)的研究開(kāi)發(fā)非常有局限性。

因此，在后期會(huì )結合實(shí)際，介紹關(guān)于磁性物質(zhì)的全面理論。關(guān)于磁性物質(zhì)的領(lǐng)域，從材料到產(chǎn)品及應用，因為涉及到的范圍較為廣泛，會(huì )分次，階段性地進(jìn)行介紹。

磁學(xué)的歷史 

磁學(xué)的歷史起源于，人們發(fā)現了有一種奇怪的石頭（磁鐵礦）可以吸引鐵，在西方是公元前7世紀，在東方是公元前3世紀左右。其實(shí)我們賴(lài)以生存的地球也是一個(gè)巨大的磁鐵，構成地球內部構造之一的外部核的對流運動(dòng)和地球的自轉形成感應電流，從而形成地球磁場(chǎng)。根據這樣的地球環(huán)境，初使用磁性物質(zhì)的產(chǎn)品是指南針，對于人類(lèi)的發(fā)展做出了很大的貢獻。

對于磁學(xué)的研究是1600年在英國正式開(kāi)始的，發(fā)現了磁鐵的南北有兩種不同的性質(zhì)，同極相斥，異極相吸，而且有指向地球南北的性質(zhì)。

后面直到1700年，都不知道電和磁的密切關(guān)系，以為兩者是完全區分的，所以一直對兩者分別進(jìn)行了研究。直到1820年，丹麥的H.C. Oersted發(fā)現通過(guò)導線(xiàn)的電流會(huì )影響磁針，才知道電和磁有密切的關(guān)系，再后來(lái)發(fā)明了初的磁電石。

作為現代磁學(xué)基礎的研究是從20世紀開(kāi)始正式進(jìn)行的，在20世紀后期隨著(zhù)電子產(chǎn)品的急速發(fā)展，磁作為決定電和電子產(chǎn)品性能，品質(zhì)及競爭力的重要基礎材料，做了更多的研究。

磁性的根源 

磁性的發(fā)生是因為物質(zhì)內部的兩種原因，這兩種可以看作；一個(gè)是源于電子的，另一個(gè)是源于原子核的。

但是源于原子核的磁性相對于源于電子的只有數千分之一那么小，所以一般物質(zhì)磁性的代表性原因可以歸結于物質(zhì)的電子運動(dòng)。

電子做以自己為軸的旋轉運動(dòng)和圍繞原子核的軌道運動(dòng)，所以雖然根據物質(zhì)有所不同，但是這兩種運動(dòng)，都會(huì )影響磁性值。

關(guān)于代表物質(zhì)磁性特征的電子旋轉運動(dòng)，電子根據旋轉方向，以+，-，兩個(gè)方向運動(dòng)，大部分的原子互相以+,-相反方向成對，所以正負值相抵，外部不會(huì )表現出磁性，但是在Fe, Ni, Co等強磁性物質(zhì)中，在3d軌道之內不成對，因此外部會(huì )表現出很強的磁性。

以Fe為例； Fe的元素編號是26，由26個(gè)電子組成，其排列是1s22s22p63s23p63d64s2 ，

在3d 軌道有4個(gè)不成雙的電子，而這4個(gè)電子則影響磁性。

在實(shí)際的Fe原子中3d軌道和4s軌道的能量相近，3d軌道的6的電子和4s軌道的2個(gè)電子相互作用，各軌道的實(shí)際電子排列不同，但在此不做更深的介紹。

過(guò)去以為影響物質(zhì)磁性的，主要是來(lái)源于電子自轉的旋轉運動(dòng)，但是根據對稀土類(lèi)元素（Nd, Sm, Tb 等）的研究，發(fā)現此類(lèi)元素除了電子的自轉運動(dòng)，電子的軌道運動(dòng)也對磁性有很大的影響。

磁的單位

關(guān)于磁性物質(zhì)的單位有cgs-emu(electromagnetic units)和SI(system internation)兩種單位系。

cgs-emu系是從很久以前在所有磁的范圍中使用的，而且現在也廣泛使用于測量考試領(lǐng)域之中，但是SI系作為國際標準，逐步代替了它的位置。

兩個(gè)系的區別在于；cgs-emu系在真空狀態(tài)也有相同的磁感應強度B(magnetic induction)和磁場(chǎng)強度H(magnetizing force)， SI系在真空狀態(tài)下B值和H值不同，是在現有的cgs-emu系的基本單位meter-kilogram-second上添加了ampere的四個(gè)層次。