磁性材料测量(2)——历史背景

发布时间:2015.06.01 09:25 阅读次数:
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2.1 历史背景

磁性和磁场时最早通过测量研究的物理现象之一古代人类从冶铁开始就已经知道了两块磁石之间吸引力或排斥力的影响此外人们观察到小磁石沿南北方向自发旋转因此无疑这种效果应用到指向北边方向的指南针——文字记载公元前 300 至公元前 200中国古代就已经使用指南针司南)。

根据其他文献记载,“哲学之父泰勒斯时期的米利都Miletus)(公元前 640 546 研究了磁石和铁之间的吸引力苏哥拉底Socrates)(公元前 470 399 写道:“铁磁石不仅仅吸引铁环而且赋予他们一个类似的磁力”(Keithley 1999 )。

一个更详细记载磁性和指南针的研究是由德·马里孔特Pierre de Maricourt又名彼得·皮埃尔完成的1269他出版了磁石书信Epistola demagnete)》。在这部作品中首次描述了磁铁极性也证实了两种磁极——当磁铁分裂成两个较小部分之后极性仍被保留)。他很可能是首次提出在机械结构中使用磁铁以获得永恒活动的人威利·姆吉尔伯特15441603 继续了皮埃尔的工作他第一次在著作论磁石De magnete)》(1600年出版描述了一个由地球磁场引起的指南针运动——得出地球是一个巨大球形磁铁的结论

夏尔·奥古斯丁·库仑Charles-Augustin de Coulomb,17361806构建了一个扭秤利用扭力测量微力的一种仪器),研究了静电和磁力之间的吸引力约翰·米切尔John Michell1750 年也独立完成】。他提出了库仑定律用数学方法描述了距离为 r 的假象磁极 m1m2 之间的库仑力 F磁偶极子如图 2.1a 所示)。

C2 1

式中μ0 是真空磁导率μ0 = 4π×10-7Wb/Am)。

磁场产生促使磁偶极子平行方向的磁场转矩ττ = M × B………………………2.2

1820汉斯·克里斯蒂安·奥斯特Hans Christian Oersted发现当一个磁针靠近一个带电流的金属线圈时线圈周围会产生磁场这个革命性的发现启发安德烈·玛丽·安培Andre Marie Ampere)(17751836得出假设任何磁场的产生可以来源于电流也可由磁场产生)(见图 2.1b)。1820他证明了两个并行载流导线相互吸引

C2 2

同年·巴蒂斯特Jean-Baptiste Biot和费利克斯·Felix Savart提出了毕奥-萨伐尔定律确定了通电导线周围磁场强度和电流的关系一个通过电流为i的无穷小长度 δL 的导体在径向距离 a 处产生的磁场强度 δH

C2 3

式中u 是沿半径的单位矢量因此电流回路 C 所生产的磁场强度 H

C2 4

计算半径为 r 的环形截流导线在 A 点产生的磁场 H见图 2.2其轴向分量是

C2 5

C2 6

C2 7

由于dl = 2πr轴距离为x的磁场H

C2 8

因此圆环中心x=0处的磁场强度为 H = I/2r

1826 安培发现了磁学的一个基本定律——安培环路定律

C2 9

式中n 为环形线圈的匝数每匝导线的电流为I

1831迈克尔法拉第Michael Faraday发现了另一个磁学基本定律他指出如果一个电路与变化磁链 Φ相交其产生的感应电动势电压)V与磁通量变化率成比例 V = -dΦ/dt…………..2.8,这种效应被称之为电磁EM感应2.8的负号表明感应电压与产生它的磁通量变化方向相反楞次定律)。

詹姆斯克拉克麦克斯韦James Clerk Maxwell在其1873年出版的著作中阐述了磁学的许多重大发现电学与磁学论一书中他提出了一组 20 个分析基本磁场和电场的方程最后总结成一组4个方程二个高斯定理一个爱培定理一个法拉第定理)。

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