第一章磁场第三节磁现象的电本质磁性材料

一、磁现象的电本质

磁极和电流同样能够产生磁场，磁场对磁极和电流同样有磁场力的作用。通电螺线管和条形磁铁又那么相似，这些现象使我们想到：磁极的磁场和电流的磁场是不是有相同的起源？这个问题现在已经有了明确的回答，这个相同的起源就是电荷的运动。

导体中的电流是由电荷的运动形成的，因而我们不难理解通电导线的磁场是由电荷的运动产生的。那么，能不能进一步用实验直接证实：原来静止的电荷，当它运动起来的时候就会产生磁场呢？这个问题早在一百多年以前就提出来了。1876 年美国的罗兰用实验证实了这一点，罗兰把大量的电荷加在一个橡胶圆盘上，然后使盘绕中心轴高速转动，在盘的附近用小磁针来检验运动电荷产生的磁场（图 1–9），结果他发现：当带电盘转动时，小磁针果然发生了偏转，而且改变盘的转动方向或者改变所带电荷的正负时，小磁针的偏转方向电改变，磁针的偏转方向跟运动电荷所形成的电流方向间的关系同样符合安培定则。这个实验证明了运动电荷确实产生磁场，进一步揭示了磁现象的电本质。

磁铁的磁场是否也是由电荷的运动产生的呢？法国科学家安培（1775—1836），从奥斯特实验得到启示，提出了著名的分子电流的假说。他认为：在原子、分子等物质微粒内部存在着一种环形电流，叫做分子电流，分子电流使每一个物质微粒都成为一个微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极（图 1–10），这两个磁极跟分子电流不可分割地联系在一起。

安培的假说能够解释各种磁现象，一根软铁棒，在未被磁化的时候，内部各分子电流的取向是杂乱无章的（图 1–11 甲），它们的磁场互相抵消，对外界不显磁性，当软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（图 1–11 乙），软铁棒就被磁化了，两端对外界显示出较强的磁作用，形成磁极。

磁体受到高温或猛烈的敲击会失去磁性，这是因为在激烈的热运动或机械运动的影响下，分子电流的取向又变得杂乱了。

在安培所处的时代，人们对物质内部为什么会有分子电流还不清楚，直到二十世纪初，人类了解了原子的结构，才知道分子电流是由原子内部电子的运动形成的，这样看来磁极的磁场和电流的磁场，它们的来源相同，都来源于电荷的运动。

运动的电荷（电流）产生磁场，磁场对运动的电荷（电流）有磁场力的作用，所有的磁现象都可以归结为运动电荷（电流）之间通过磁场而发生的相互作用，这就是磁现象的电本质。

二、磁性材料

实验表明，任何物质在磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同，象铁、钴、镍那样能够被强烈磁化的物质，叫做铁磁性材料，磁化后的铁磁性物质，它们的磁性并不因外磁场的消失而完全消失，仍然剩余一部分磁性，叫做剩磁。

铁磁性物质按剩磁的情形分为软磁性材料和硬磁性材料，软磁性材料的剩磁弱，而且容易退磁，软磁性材料适用于需要反复磁化的场合，可以用来制造变压器、交流发电机、电磁铁和各种高频电磁元件的铁心。软铁、硅钢、坡莫合金（镍铁合金）等是软磁性材料，硬磁性材料的剩磁强，而且不易退磁，适合于制成永久破铁，应用在磁电式仪表、扬声器、话筒、永磁电机等电器设备中，常见的金属硬磁性材料有碳钢、钨钢、铝镍钴的合金等。

还有一种磁性材料，叫做铁氧体，它是由氧化铁和二价金属（如 Ni，Co，Mn，Mg 等）的氧化物组成的，在电性能上与半导体相似，在磁性上与铁磁性材料相似，铁氧体在电子技术中已经成为不可缺少的磁性材料。在电子计算机中利用铁氧体作记忆元件，在电子线路中广泛利用铁氧体作电感线圈的磁心。