关于磁性材料的知识与认识

8.魔力地带——磁场

磁现象是最早被人类认识的物理现象之一，而磁场也是广泛存在的。地球，恒星(如太阳)，星系（如银河系），行星、卫星、以及星际空间和星系际空间，都存在着磁场。

三维磁场图

下面这张图是通过美国国家宇航局的火星全球探测飞船完成的。火星全球探测器绕火星球旋转时，探测器画出了火星的磁场“条纹”。图中所显示的是火星地表以下的磁场线，这种条纹表示着磁场的正反不同指向。

一般说来，物体之间要存在一个作用力，就会有一个力的作用点。然而，在磁学方面，这里理论并不成立。一个永磁体与另一个永磁体可以不接触，却互相施力。人们曾经称这样的现象为超距作用。近代的物理学家为了解释电荷之间和永磁体之间的相互作用力，引入了“场”的概念：在一个永磁体周围的空间中存在着一个磁场，使处于这空间中任何位置的另一个永磁体，受到磁场施加的力的作用；同时第二个永磁体所产生的磁场，也对第一个永磁体施加着反作用力。因为力是矢量，所以磁场也是一个矢量场。许多实验证明：磁场是一种真实的存在。

火星的磁场

火星磁场图

条形磁铁的磁场

为了认识和解释科学研究过程中的许多物理现象和形成原因，磁场是必须考虑的一个重要因素。在现代科学技术和人类生活中，我们处处都可遇到磁场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量仪表等，无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微弱的磁场。而地球的磁极与地理的两极是相反的。

极光

磁场是一种特殊的物质，摸不着、看不见。能够产生磁力的空间都存在着磁场。因此磁体的周围也存在着磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介来传递的。

极光

磁场也是电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，而电流是电荷的运动。因此，概括地说，磁场是由运动电荷或变化电场产生的。

磁场的基本特征是能对其中的运动电荷施加作用力。磁场对电流、对磁体的作用力或力矩都来源于这里。

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磁性材料

磁性材料按照性质分为金属和非金属两种。金属磁性材料也就是金属及其合金磁性材料，主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等；非金属磁性材料主要是铁氧体材料。

按照用途，磁性材料又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，它易于磁化，也易于退磁，广泛用于电工设备和电子设备中；永磁材料又称“硬磁材料”，一经磁化即能保持恒定磁性的材料，按照永磁材料的成分可分为铁基、钴基、锰基和铁氧基四大类，广泛应用于电子、电气、机械、运输、医疗及生活用品等各个领域中；功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料、旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。

磁性材料是生产、生活、国防科学技术中广泛使用的材料。如制造电力技术中的各种电机、变压器，电子技术中的各种磁性元件和微波电子管，通信技术中的滤波器和增感器，国防技术中的磁性水雷、电磁炮，各种家用电器等。此外，磁性材料在地矿探测、海洋探测以及信息、能源、生物、空间新技术中也获得了广泛的应用。

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科学家小传——我国科学家沈括

沈括（1031～1095年），我国北宋时期杭州钱塘县（今浙江杭州）人。是我国历史上最卓越的科学家之一。他精通天文、数学、物理学、化学、生物学、地理学、农学和医学；是卓越的工程师、出色的外交家；同时，他博学善文，对方志律历、音乐、医药、卜算等无所不精。他晚年所著的《梦溪笔谈》详细记载了劳动人民在科学技术方面的卓越贡献，和他自己的研究成果，反映了我国古代，特别是北宋时期自然科学所达到的辉煌成就。《梦溪笔谈》不仅是我国古代的学术宝库，而且在世界文化史上也有重要的地位。被誉为“中国科学史上的坐标”。

沈括

沈括的科学成就是多方面的。在物理方面，他的研究成果也是极其丰富而珍贵的。《梦溪笔谈》中所记载的各方面的见解和成果，涉及力学、光学、磁学、声学等各个领域。特别是他对磁学的研究，成就卓著。

沈括记录了指南针原理及它的多种制作法；发现地磁偏角的存在，比欧洲早了四百多年；又曾阐述凹面镜成像的原理；还对共振等规律加以研究。

沈括还是最早发现地理南北极与地磁场的南、北极并不重合，所以水平放置的小磁针的指向，跟地理的正南北方向之间有一个很小的偏角。这个小偏角被称为磁偏角。