铁磁性对诸如Fe、Co、Ni等物质,在室温下磁化率可达10-3数量级,称这类物质的磁性为铁磁性.
铁磁性物质即使在较弱的磁场内,也可得到极高的磁化强度,而且当外磁场移去后,仍可保留极强的磁性.其磁化率为正值,但当外场增大时,由于磁化强度迅速达到饱和,其H变小.
铁磁性物质具有很强的磁性,主要起因于它们具有很强的内部交换场.铁磁物质的交换能为正值,而且较大,使得相邻原子的磁矩平行取向(相应于稳定状态),在物质内部形成许多小区域–磁畴.每个磁畴大约有1015个原子.这些原子的磁矩沿同一方向排列,假设晶体内部存在很强的称为"分子场"的内场,"分子场"足以使每个磁畴自动磁化达饱和状态.这种自生的磁化强度叫自发磁化强度.由于它的存在,铁磁物质能在弱磁场下强列地磁化.因此自发磁化是铁磁物质的基本特征,也是铁磁物质和顺磁物质的区别所在.
铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来,超过这一温度,由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向,因而自发磁化强度变为0,铁磁性消失.这一温度称为居里点.在居里点以上,材料表现为强顺磁性,其磁化率与温度的关系服从居里–外斯定律.
地磁场地球像一块巨大的磁铁,地核中熔化的铁和镍产生对流,像发电机工作时一样产生电流,并产生地磁现象.地磁能保护地球免受太阳活动引起的太阳风暴的影响.
geomagneticfield
从地心至磁层顶的空间范围内的磁场.地磁学的主要研究对象.人类对于地磁场存在的早期认识,来源于天然磁石和磁针的指极性.磁针的指极性是由于地球的北磁极(磁性为S极)吸引着磁针的N极,地球的南磁极(磁性为N极)吸引着磁针的S极.这个解释最初是英国W.吉伯于1600年提出的.吉伯所作出的地磁场来源于地球本体的假定是正确的.这已为1839年德国数学家CF高斯首次运用球谐函数分析法所证实.
地磁场是一个向量场.描述空间某一点地磁场的强度和方向,需要3个独立的地磁要素.常用的地磁要素有7个,即地磁场总强度F,水平强度H,垂直强度Z,X和Y分别为H的北向和东向分量,D和I分别为磁偏角和磁倾角.其中以磁偏角的观测历史为最早.在现代的地磁场观测中,地磁台一般只记录H,D,Z或X,Y,Z.
近地空间的地磁场,像一个均匀磁化球体的磁场,其强度在地面两极附近还不到1高斯,所以地磁场是非常弱的磁场.地磁场强度的单位过去通常采用伽马(γ),即10高斯.1960年决定采用特斯拉作为国际测磁单位,1高斯=10特斯拉(T),1伽马=10特斯拉=1纳特斯拉(nT),简称纳特.地磁场虽然很弱,但却延伸到很远的空间,保护着地球上的生物和人类,使之免受宇宙辐射的侵害.
地磁场包括基本磁场和变化磁场两个部分,它们在成因上完全不同.基本磁场是地磁场的主要部分,起源于地球内部,比较稳定,变化非常缓慢.变化磁场包括地磁场的各种短期变化,主要起源于地球外部,并且很微弱.
地球的基本磁场可分为偶极子磁场、非偶极子磁场和地磁异常几个组成部分.偶极子磁场是地磁场的基本成分,其强度约占地磁场总强度的90%,产生于地球液态外核内的电磁流体力学过程,即自激发电机效应.非偶极子磁场主要分布在亚洲东部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等几个地域,平均强度约占地磁场的10%.地磁异常又分为区域异常和局部异常,与岩石和矿体的分布有关.
地球变化磁场可分为平静变化和干扰变化两大类型.平静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳静日变化,其场源分布在电离层中.干扰变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰日变化和地磁脉动等,场源是太阳粒子辐射同地磁场相互作用在磁层和电离层中产生的各种短暂的电流体系.磁暴是全球同时发生的强烈磁扰,持续时间约为1~3天,幅度可达10纳特.其他几种干扰变化主要分布在地球的极光区内.除外源场外,变化磁场还有内源场.内源场是由外源场在地球内部感应出来的电流所产生的.将高斯球谐分析用于变化磁场,可将这种内、外场区分开.根据变化磁场的内、外场相互关系,可以得出地球内部电导率的分布.这已成为地磁学的一个重要领域,叫做地球电磁感应.
地球变化磁场既和磁层、电离层的电磁过程相联系,又和地壳上地幔的电性结构有关,所以在空间物理学和固体地球物理学的研究中都具有重要意义.
