物质顺磁性和抗磁性的产生原因

1、顺磁性和抗磁性的原因 磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质 （ 参考文献1 ）。从上面的介绍看出，任何物质都会显示磁性，并且物质从顺磁性到反磁性、磁性从强到弱是逐渐变化的，没有一个明显的界限。物质的磁性到底是怎么产生的，本文就此观点提出我自己的看法。一、现在的理论给人们带来的疑惑1、顺磁性：现在人们认为， 电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。在晶体中，电子的轨道磁矩受晶格的作用，其方向是变化的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁性作用。因此，物质的

2、磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。 是原子磁矩的单位。因为原子核比电子重2000倍左右，其运动速度仅为电子速度的几千分之一，故原子核的磁矩仅为电子的千分之几，可以忽略不计 。（ 参考文献2 ）我认为上面这段论述是不合理的，我们都知道，原子是由原子核和核外电子组成，原子核又是由质子和中子组成， 原子核的体积约为原子体积的几千万亿分之一,(半径约为原子的十万分之一 ).打个比方,原子相当于足球场那么大,而原子核则只有一只蚂蚁那么大。（参考文献 3）。电子的质量约为质子质量的1/1836 （ 参考文献4 ）。 中子能够通过衰变过程变成质子

3、、电子和反中微子， （参考文献5 ）。从这些论述可想而知，电子的体积会有多大，电子的体积不会超过质子和中子体积的千分子一。即从电子的角度来看原子，原子就象是一个非常巨大的宇宙一样。由于电子的体积很小很小，即使电子自旋产生的磁场较强，它影响的范围必然很小很小，不可能影响到原子以外，因此电子自旋产生的磁场在宏观上是显示不出来的，如果能显示出来，电子产生的磁场就强大的无法想象了。上面还提到原子核的磁矩很小，可以忽略，这个观点我觉得也是错误的，人们现在只是从质量上去考虑对磁矩的影响，而把其它因素忽略了，比方说原子核的体积。我们知道质子的质量是电子的 1836倍，质子的结构中心又是空的，如图 1。（ 参

4、看文献6 ）。不仅质子的结构是空心的，中子和质子一样，也是空心的，而且由质子和中子构成的原子核的结构又是空心的，如图 2。（ 参考文献7 ）。即原子的组成与结构如图 3。从上面的示意图中看出，原子核的体积比电子的体积不知要大多少倍。体积越大，产生的磁场对外影响的范围必然越远，因此其实 原子核具有很强的磁场 （参考文献8）。从上面的分析看出，物质的顺磁性不可能是由电子的自旋引起的，根据我的研究结果表明，恰恰是由原子核产生的磁场引起的。2、抗磁性：现在人们认为， 当磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。Bi、 Cu、Ag、Au等金属具有这种性质。在外磁场中，这类磁化了的介质内部的磁感应强度小于真空中

5、的磁感应强度 M。抗磁性物质的原子（离子）的磁矩应为零，即不存在永久磁矩。当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态的变化。抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率 H一般约为-10-5，为负值。 （ 参考文献9 ）上面说到，“外磁场使电子轨道改变，感生一个与外磁场方向相反的磁矩，表现为抗磁性。”这个观点与我的观点相同，但是抵抗磁场必然会使内部能量升高，这并不符合普遍适应的能量最低原理，电子轨道为什么不调节成顺磁性使其能量降低而要调节成与自身不利的抗磁性使其能量升高？我们必须回答出这个问题才有说服力。也许你会说这

6、是因为 抗磁性的基本来源是电磁感应。电磁感应是法拉第的重大发现：围绕着随时间变化着的磁通量，有感应电动势(或即电场 )产生，故能在导线电路中产生电流或在大块导体中产生涡流。这里感应电流所产生的磁场对感应起它们的磁场变化起着反抗作用，这就是楞次定律。 （ 参考文献10）。这听起来让人感觉是对的，可我们细想一下，产生的感应电流怎么就不会消失，物质是有电阻的，即使开始时产生了感应电流，在电阻的作用下，电流也会很快就消失了，可物质的抗磁性是一直存在的，并不会因时间的推移而减弱，甚至消失，所以说外磁场对原子或分子产生感应电动势的说法是讲不通的。从上面的分析看出，物质的抗磁性并不是原子或分子产生感应电动势

7、产生的。它的确是由电子轨道改变引起的。下面我就讲述物质磁性的本质。二、物质磁性的本质既然物质的顺磁性并不是电子自旋产生的，既然物质的抗磁性并不是外磁场对原子或分子产生感应电动势产生的，那么物质的顺磁性和抗磁性到底是怎么产生的。电子受的络仑兹力总是向外的，那么同一电子轨道中两个电子的运动方向必须相同，并且同一原子中所有电子的运动方向也基本上是相同的，如图 4所示 。任何一个电子的运动方向与s 轨道上电子的运动方向之间的夹角不可能超过90°，也就是说同一原子中所有的电子绝不可能出现反向运动的情况，这样就避免了电子之间的碰撞，为了使电子之间不发生碰撞和电子之间的距离最远，在同一轨道上两个电

8、子的运动方向不仅要相同，它们的运动速度也要相同，而且同一主层中所有电子运动的角速度也必须相同，甚至同一原子中所有电子运动的角速度也相同。 （ 参考文献11 ）从上面的论述看出，当原子核的磁极固定后，电子的轨道就基本固定了，那么电子轨道产生的磁极也就基本固定了。电子轨道产生的磁极与原子核产生的磁极正好相反，那么一个显示顺磁性，另一个必然显示抗磁性。如图 5。（参考文献12）在外界磁场的作用下，主要会对原子核的磁场产生作用，因为在磁极上原子核产生的磁场比电子绕核运动产生的磁场强，原子核有旋转的趋向，使得物质显示顺磁性。原子核的磁极方向作了改变后，必然会引起电子轨道方向的改变，这又使得物质显示抗磁性

9、。但是一般情况下电子轨道的改变不会很大，因为电子轨道与周围的其它原子的电子轨道相互作用，受着周围其它电子轨道的牵制，不易发生旋转，所以电子轨道的改变一般很小，并且原子核和核外电子也是相互作用着，由于受电子轨道的牵制，原子核也不会发生很大的旋转。由于外磁场对原子核磁场方向的改变，使得物质显示顺磁性，原子核磁场方向的改变又引起电子轨道方向的改变，这又使得物质显示抗磁性，如果原子核磁场方向的改变引起的磁场变化大于电子轨道改变引起的磁场变化，物质就会显示顺磁性，差别越大，顺磁性越强，如铁磁性物质；相反，如果原子核磁场方向的改变引起的磁场变化小于电子轨道改变引起的磁场变化，物质就会显示抗磁性，差别越大，抗磁性越强，如超导体（参看 超导体的超导原因 ）。