磁学之父是如何诞生的？

7.两个父亲——磁学之父

历史总会有惊人的相似。磁学的发展和推动也是如此，它犹如宇宙的磁暴现象，在厚积薄发的阵痛中喷薄而出：在平淡中孕育，在耀眼处自燃。美国物理学家范弗莱克和我国磁学专家施汝被称为磁学的“两个父亲”，他们是世界磁学领域的佼佼者，科学史上的“东西合璧”。

世界现代磁学之父——范弗莱克

范弗莱克(1899~1980年)是著名的美国物理学家。范弗莱克于1899年3月13日出生在康涅狄格州的米德尔城，1980年10月27日在马萨诸塞州的坎布里奇去世。范弗莱克1920年毕业于威斯康辛大学，1922年获哈佛大学博士学位。他先后在哈佛、明尼苏达和威斯康辛大学执教，1934年又回到哈佛大学。

范弗莱克

在物理学领域，范弗莱克主要在用量子力学方法，研究原子内部电子分布的基础上，探察单个原子的磁学性质。30年代，他提出了一种考虑电子受近邻电子影响的理论。这一理论目前仍是磁学领域内的基础理论。范弗莱克因对磁性和无序系统的电子结构进行基础研究，与安德逊和莫特(1905~1966年)一起分享了1977年度的诺贝尔物理学奖。他从事磁学研究将近50年，被人们称为“现代磁学之父”。

中国现代磁学之父——施汝为

施汝为（1901~1983年）是我国著名物理学家，1901年11月19日出生于江苏崇明(今属上海市)。1925年，施汝为毕业于东吴大学，1934年获美国耶鲁大学物理学博士学位，1955年被选聘为中国科学院学部委员(院士)。

施汝为

施汝为曾经担任中国科学院物理研究所研究员、所长、名誉所长，是中国近代磁学研究与磁学教育的奠基人之一。他建立了中国第一个磁学研究实验室，在磁学和磁性材料等实验研究方面取得了多项重要成果。施汝为早期研制了一种新仪器，可以用来测定铁钴合金单晶的磁各向异性。他在金属基本磁性研究、铝镍钴永磁合金热处理研究等方面做了大量工作，并取得了多项重要成果。

20世纪40年代前后，施汝为又对坡莫合金和磁铁矿晶体的磁畴粉纹图进行了研究，开创了中国的磁畴实验观测工作。

耶鲁大学

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什么是地球磁场

地球磁场不是孤立的，它经常受到外界扰动的影响，宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。太阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是电离氢和电离氦。

地球磁场是偶极型的，近似于把一个磁铁棒放到地球中心，使它的N极大体上对着南极而产生的磁场形状。当然，地球中心并没有磁铁棒，而是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。

地球磁层位于地面600千米～1000千米高处。磁层的外边界叫磁层顶，离地面5万～7万公里。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。在磁赤道附近，有一个特殊的界面，在界面两边，磁力线突然改变方向，此界面称为中性片。中性片上的磁场强度很小，厚度大约有1000千米。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。

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地球磁场是如何形成的

通常物质所带的正电和负电是相等数量的，但由于地球核心物质受到的压力较大，温度也较高，约6万℃，内部有大量的铁磁质元素，物质变成带电量不等的离子体，即原子中的电子克服原子核的引力，变成自由电子。加上由于地核中物质受着巨大的压力作用，自由电子趋于朝压力较低的地幔，使地核处于带正电状态，地幔附近处于带负电状态，就像是一个巨大的“原子”。

研究发现，由于地核的体积极大，温度和压力又相对较高，使地层的导电率极高，使得电流就如同存在于没有电阻的线圈中，可以永不消失地在其中流动。这样，使地球形成了一个磁场强度较稳定的南北磁极。另外，电子的分布位置并不是固定不变的，会在各类因素的影响下发生变化；再加上太阳和月亮的引力作用，地核的自转与地壳和地幔并不同步。这样，会产生强大的交变电磁场，地球磁场的南北磁极因而发生一种低速运动，造成地球的南北磁极翻转。

太阳和木星亦具有很强的磁场，其中木星的磁场强度是地球磁场的2040倍。太阳和木星上的元素主要是氢和少量的氦、氧等这类较轻的元素。与地球不同，其内部并没有大量的铁磁质元素。那么，太阳和木星的磁场为何比地球还强呢？木星内部的温度约为3万℃，压力也比地球内部高的多，太阳内部的压力、温度还要更高。这样，使太阳和木星内部产生更加广阔的电子壳层，再加上木星的自转速度较快，其自转一周的时间约10小时，故此其磁场强度自然也要比地球高得多。

如果天体的内部温度够高，则天体的磁场强度与其内部是否含有铁、钴、镍等铁磁质元素无关。由于太阳、木星内部的压力、温度远高于地球，因此，太阳、木星上的磁场要比地球磁场强得多。而火星、水星的磁场比地球磁场弱，则说明火星、水星内部的压力、温度远远低于地球。