磁鐵發(fā)展

    1822年，法國物理學家阿拉戈和呂薩克發(fā)現(xiàn)，當電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化。這實際上是電磁鐵原理的最初發(fā)現(xiàn)。1823年，斯特金也做了一次類似的實驗：他在一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒上繞了18圈銅裸線，當銅線與伏打電池接通時，繞在U型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)生了密集的磁場，這樣就使U型鐵棒變成了一塊“電磁鐵”。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能放大多倍，它能吸起比它重20倍的鐵塊，而當電源切斷后，U型鐵棒就什么鐵塊也吸不住，重新成為一根普通的鐵棒。斯特金的電磁鐵發(fā)明，使人們看到了把電能轉化為磁能的光明前景，這一發(fā)明很快在英國、美國以及西歐一些沿海國家傳播開來。1829年，美國電學家亨利對斯特金電磁鐵裝置進行了一些革新，絕緣導線代替裸銅導線，因此不必擔心被銅導線過分靠近而短路。由于導線有了絕緣層，就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起，由于線圈越密集，產(chǎn)生的磁場就越強，這樣就大大提高了把電能轉化為磁能的能力。到了1831年，亨利試制出了一塊更新的電磁鐵，雖然它的體積并不大，但它能吸起1噸重的鐵塊。電磁鐵的發(fā)明也使發(fā)電機的功率得到了很大的提高。

    發(fā)展歷程

    5000年前人類發(fā)現(xiàn)天然磁鐵（Fe3O4）。

    2300年前中國人將天然磁鐵磨成勺型放在光滑的平面上，在地磁的作用下，勺柄指南，曰“司南”，此即世界上第一個指南儀。

    1000年前中國人用磁鐵與鐵針摩擦磁化，制成世界最早的指南針。

    1100年左右中國將磁鐵針和方位盤聯(lián)成一體，成為磁鐵式指南儀，用于航海。

    1405-1432年鄭和憑指南儀開始人類歷史上航海的偉大創(chuàng)舉。

    1488-1521年哥倫布、伽馬、麥哲倫使用羅盤儀進行了聞名全球的航海發(fā)現(xiàn)。

    1600年英國人威廉·吉伯發(fā)表了關于磁的專著“磁鐵”，發(fā)展了古希臘人泰勒斯、亞里士多德等前人有關磁的認識和實驗。

    1785年法國物理學家C.庫侖用扭枰建立了描述電荷與磁極間作用力的“庫侖定律”。

    1820年丹麥物理學家H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流感生磁力。

    1831年英國物理學家M.法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象。

    1873年英國物理學家J.C.麥克斯韋在其專著“論電和磁”中完成了統(tǒng)一的電磁理論。

    1898-1899年法國物理學家P.居里發(fā)現(xiàn)鐵磁性物質在特定溫度下（居里溫度）變?yōu)轫槾判缘默F(xiàn)象。

    1905年法國物理學家P.I.郎之萬基于統(tǒng)計力學理論解釋了順磁性隨溫度的變化。

    1907年法國物理學家P.E.外斯提出分子場理論，擴展了郎之萬的理論。

    1921年奧地利物理學家W.泡利提出玻爾磁子作為原子磁矩的基本單位。美國物理學家A.康普頓提出電子也具有自旋相應的磁矩。

    1928年英國物理學家P.A.M.狄拉克用相對論量子力學完美地解釋了電子的內稟自旋和磁矩。并與德國物理學家W.海森伯一起證明了靜電起源的交換力的存在，奠定了現(xiàn)代磁學的基礎。

    1936年蘇聯(lián)物理學家郎道完成了巨著“理論物理學教程”，其中包含全面而精彩地論述現(xiàn)代電磁學和鐵磁學的篇章。

    1936-1948年法國物理學家L.奈耳提出反鐵磁性和亞鐵磁性的概念和理論，并在隨后多年的研究中深化了對物質磁性的認識。

    1967年旅美奧地利物理學家K.J.斯奈特在量子磁學的指導下發(fā)現(xiàn)了磁能積空前高的稀土磁鐵（SmCo5），從而揭開了永磁材料發(fā)展的新篇章。

    1967年，美國Dayton大學的Strnat等，研制成釤鈷磁鐵，標志著稀土磁鐵時代的到來。

    1974年第二代稀土永磁-Sm2Co17問世。

    1982年日本住友特殊金屬的佐川真人（MasatoSagawa）發(fā)明釹鐵硼磁鐵，第三代稀土永磁-Nd2Fe14B問世。

    1990年原子間隙磁鐵-Sm-Fe-N問世。

    1991年德國物理學家E.F.克內勒提出了雙相復合磁鐵交換作用的理論基礎，指出了納米晶磁鐵的發(fā)展前景。

    隨著社會的發(fā)展，磁鐵的應用也越來越廣泛，從高科技產(chǎn)品到最簡單的包裝磁。

    目前應用最為廣泛的還是釹鐵硼磁鐵和鐵氧體磁鐵。

    從磁鐵的發(fā)展歷史來看，十九世紀末二十世紀初，人們主要使用碳鋼、鎢鋼、鉻鋼和鈷鋼作永磁材料。

    三十年代

    二十世紀三十年代末，鋁鎳鈷磁鐵開發(fā)成功，才使磁鐵的大規(guī)模應用成為可能。

    五十年代

    五十年代，鋇鐵氧體磁鐵的出現(xiàn)，既降低了永磁體成本，又將永磁材料的應用范圍拓寬到高頻領域。

    六十年代

    到六十年代，釤鈷永磁的出現(xiàn)，則為磁鐵的應用開辟了一個新時代。迄今為止，稀土永磁已經(jīng)歷第一代SmCo5，第二代沉淀硬化型Sm2Co17，發(fā)展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。目前鐵氧體磁鐵仍然是用量最大的永磁材料，但釹鐵硼磁鐵的產(chǎn)值已大大超過鐵氧體永磁材料，釹鐵硼磁鐵的生產(chǎn)已發(fā)展成一大產(chǎn)業(yè)。

    磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

    戰(zhàn)國時代我們的先人已經(jīng)積累了許多這方面的認識，在探尋鐵礦時常會遇到磁鐵礦，即磁石（主要成分是四氧化三鐵）。這些發(fā)現(xiàn)很早就被記載下來了?！豆茏印返臄?shù)篇中最早記載了這些發(fā)現(xiàn)：“山上有磁石者，其下有金銅。”

    文獻記載

    其他古籍如《山海經(jīng)》中也有類似的記載。磁石的吸鐵特性很早就被人發(fā)現(xiàn)，《呂氏春秋》九卷精通篇就有：“慈招鐵，或引之也。”那時的人稱“磁”為“慈”他們把磁石吸引鐵看作慈母對子女的吸引。并認為：“石是鐵的母親，但石有慈和不慈兩種，慈愛的石頭能吸引他的子女，不慈的石頭就不能吸引了。”漢以前人們把磁石寫做“慈石”，是慈愛石頭的意思。

    又北三百二十里，曰灌題之山，其上多樗柘，其下多流沙，多砥。有獸焉，其狀如牛而白尾，其音如訆，名曰那父。有鳥焉，其狀如雌雉而人面，見人則躍，名曰竦斯，其鳴自呼也。匠韓之水出焉，而西流注于泑澤，其中多磁石。

    注解

    ③磁石：也作“慈石”，一種天然礦石，具有吸引鐵、鎳、鈷等金屬物質的屬性。俗稱吸鐵石，今稱磁鐵石。中國古代四大發(fā)明之一的指南針，就是利用磁石制做成的。

    （山海經(jīng)北山經(jīng)）

    嘗試

    既然磁石能吸引鐵，那么是否還可以吸引其他金屬呢？我們的先民做了許多嘗試，發(fā)現(xiàn)磁石不僅不能吸引金、銀、銅等金屬，也不能吸引磚瓦之類的物品。西漢的時候人們已經(jīng)認識到磁石只能吸引鐵，而不能吸引其他物品。當把兩塊磁鐵放在一起相互靠近時，有時候互相吸引，有時候相互排斥。人們都知道磁體有兩個極，一個稱N極，一個稱S極。同性極相互排斥，異性極相互吸引。那時的人們并不知道這個道理，但對這個現(xiàn)象還是能夠察覺到的。

    到了西漢，有一個名叫欒大的方士，他利用磁石的這個性質做了兩個棋子般的東西，通過調整兩個棋子極性的相互位置，有時兩個棋子相互吸引，有時相互排斥。欒大稱其為“斗棋”。他把這個新奇的玩意獻給漢武帝，并當場演示。漢武帝驚奇不已，龍心大悅，竟封欒大為“五利將軍”。欒大利用磁石的性質，制作了新奇的玩意蒙騙了漢武帝。

    地球也是一個大磁體，它的兩個極分別在接近地理南極和地理北極的地方。因此地球表面的磁體，可以自由轉動時，就會因磁體同性相斥，異性相吸的性質指示南北。這個道理古人不夠明白，但這類現(xiàn)象他們很清楚。