磁矩實驗裝置

『壹』 斯特恩-蓋拉赫實驗的實驗證實

實驗裝置：使銀原子在電爐內蒸發射出，通過狹縫S1、S2形成細束，經過一個抽回成真空的不均勻的磁答場區域 （磁場垂直於射束方向），最後到達照相底片上。顯像後的底片上出現了兩條黑斑，表示銀原子經過不均勻磁場區域時分成了兩束。 根據實驗中的爐溫、磁極長度、橫向不均勻磁場的梯度和原子束偏離中心的位移，可計算出原子磁矩在磁場方向上分量的大小。當時測得銀、銅、金和鹼金屬的原子磁矩分量的大小都等於一個玻爾磁子，它們的原子束都只分裂為對稱的兩束。實驗結果說明，原子在磁場中不能任意取向，證實了A.索末菲和P.德拜在1916年建立的原子的角動量在空間某特殊方向上取向量子化的理論。

『貳』 國土資源部地球物理電磁法探測技術重點實驗室

國土資源部地球物理電磁法探測技術重點實驗室依託中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所，充分利用物化探所現有在方法技術、儀器和軟體等方面的創新和開發能力，以高科技手段推動以物探技術為核心的現代地質勘察技術進步，為當前的城市立體地質填圖和礦產資源調查提供一系列現代地球物理電磁勘查技術，為承擔國家地質調查基礎性、公益性、戰略性研究任務，研創系列勘查地球物理電磁新方法、新技術、新應用。通過開放、交流，逐漸建立一支從事勘查地球物理應用基礎創新研究和地質大調查技術創新支撐隊伍。

飛機改裝及風洞試驗

發射系統樣機

三分量電磁線圈

發射機場地實驗

在承擔的國家「863」計劃重大項目課題「時間域固定翼航空電磁勘查系統研發」中。截至2009年年底，在關鍵技術試驗成果基礎上，開展了地面實驗裝置、空中樣機等的試制、測試、實驗，逐步確定空中試驗樣機的具體技術參數、系統結構等，飛機選型及改裝、發射分系統研製、接收分系統研製、實時數據收錄監控分系統研製、系統集成及調試實驗、數據處理技術研究、二三維正反演研究等子課題的關鍵技術研究，地面試驗裝置試制等都取得了實質性的階段研究成果。已完成Y12IV型飛機1:8.5模型加工及風洞空氣動力學測試，根據計算數據及風洞數據完成了Y12IV改裝方案。大磁矩發射地面試驗實現了550000Am²磁矩、高靈敏度寬頻三分量感應線圈感測器、實時寬頻高精度數據採集收錄等硬體關鍵技術取得實質進展。各分系統試制了地面試驗裝置，並利用所測試、試驗平台對原理樣機的各項電性能指標進行了檢測，對三分量感測器的避振特性等進行了測試。各分系統關鍵技術指標基本達到設計要求，為進一步研製空中樣機奠定了堅實基礎。

『叄』 北京地質重力磁力電法儀器

北京地質儀器廠北京奧地探測儀器公司

重力儀器

Z400型重力儀

Z400型重力儀是測量重力加速度值相對變化的一種儀器。該儀器的感測器用石英製成，採用零點讀數，並設有精密的溫度補償裝置。Z400型重力儀可廣泛用於地質構造和礦產的重力勘探（包括重力普查、重力詳查和區域重力測量）。

主要特點

具有精度高、重量輕、體積小、操作簡單、攜帶方便等特點。

主要技術指標

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

磁法儀器

CZM–4型質子磁力儀

CZM–4型質子磁力儀是利用氫質子磁矩在地磁場中自由旋進的原理研製成的高靈敏度弱磁測量裝置，其磁場測量精度為±1nT，解析度高達0.1nT，完全符合原地礦部發布的《地面高精度磁測工作規程》要求。其具有的大存儲容量、高解析度和靈活性使它得以成為攜帶型、移動式、基站式磁力儀,可以以0.1nT的解析度進行地磁總場的測量。

主要特點

地磁場總場絕對值測量范圍達20000nT～100000nT，可用於全球任一地域；既可全量程自動配諧，也可人工配諧；自動測量地磁場值，對於不清楚當地正常地磁場值的用戶，尤為方便。中文操作界面，數據自動記錄和存儲，並可實時顯示磁測剖面曲線，操作簡單；隨機所配專用軟體可對野外實測數據進行平滑去噪、日變改正、繪制剖面曲線等相關預處理，方便用戶對當天工作效果進行室內評估；USB2.0通訊介面，使儀器向電腦傳輸數據更快捷；可用於磁性標本參數測定；可選配1GB或2GB數據存貯器及一組備份電池，實現長時間磁測工作需求；可應用戶要求外接GPS接收機，存儲測點坐標值；可為用戶選配專業磁法數據處理軟體繪制等值線圖、平面剖面圖、作正反演解釋等。

主要技術指標

·測程范圍：20000nT～100000nT；

·解析度：0.1nT；

·測程精度：總場絕對強度50000nT時±1nT；

·梯度容限：≤5000nT/m；

·液晶點陣：192×64；

·數據存儲量：不小於8000個測點數據（選配大容量存貯器時存貯量超過500萬讀數）；

·工作環境溫度：－15℃～50℃；

·工作環境濕度：≤95%（25℃）；

·電源：鋰離子電池：12.8V～16.8V/5Ah，連續工作不少於17h（日變方式下，典型讀數間隔為10s時）；

·主機外形尺寸：長×寬×高：220mm×90mm×200mm；

·主機重量：2kg；

·探頭外形尺寸：φ74mm×150mm；

·探頭重量：0.8kg。

地球物理儀器匯編及專論

CCM–4型磁力儀

CCM–4型磁力儀是測量地磁場垂直分量的磁通門磁力儀。主要用於尋找磁鐵礦、地質普查，同時還可用於尋找地下鐵管線，尤其能探測出一般電磁類管線探測儀無法探出的電連通性不佳的鑄鐵管線和含鋼筋的水泥管線。

主要特點

·探頭帶有自動垂直平衡系統,測量速度快，測量精度高，轉向差小；

·可探測磁鐵礦及鐵磁性地下埋設物；

·觀測磁場的垂直分量；

· 液晶數字顯示；

·測量精度高。

·主要技術指標

·量程：±19999nT；

·解析度：1nT±1個字；

·磁場補償范圍：35000～55000nT

·粗調：①35000～40000nT

②40000～45000nT

③45000～50000nT

④50000～55000nT

微調：5000nT,10圈連續可調；

·轉向差：<10nT；

·工作環境溫度：－10℃～50℃；

·電源：AA型鎳氫可充電電池；

·主機尺寸：190mm×65mm×230mm；

·主機重量：2.0kg；

·感測器尺寸：Φ70mm×160mm；

·感測器重量：0.45kg。

·CCM–5型磁力儀

CCM–5型磁力儀是當代新型的數字化磁通門磁力儀，測量的是地磁場垂直分量，主要用於尋找磁鐵礦。地質普查同時還可用於尋找地下管線，尤其能探測出一般電磁類管線探測儀無法探出的電連通性不佳的鑄鐵管線和含鋼筋的水泥管線。

地球物理儀器匯編及專論

主要特點

·靈敏度高；

·探頭帶有自動垂直平衡系統，測量速度快，測量精度高；

·隨時觀測磁場的垂直分量；

·智能化程度高，可將所測數據自動存儲；

·可實時顯示測量曲線並可隨時查看任一條測線的測量曲線；

·裝有先進的GPS定位系統；

·全中文提示菜單；

·串口輸出和計算機聯機後回放數據和曲線；

·圖形式點陣液晶屏，液晶屏有背光，方便夜間觀測。

主要技術指標

·量程：高檔±2000nT低檔±20000nT；

·解析度：0.1nT（高檔）；

·磁場補償范圍：35000～55000nT；

·轉向差：<40nT；

·定位：裝有先進的GPS定位系統；

·工作環境溫度：－10℃～50℃；

·電源：機內裝專用鋰電池組，連續工作時間不少於10h。

CGM–02D型高靈敏度磁通門磁力儀

CGM–02D型高靈敏度磁通門磁力儀可以測量任意方向上的磁場值。三個CGM-02D探頭可以組成一台三分量磁力儀，用於測量各種設備及其零部件的磁性。

主要特點

·測量數據由RS485埠實時輸出；

·多台儀器的數據輸出埠可以連接在一起使用，每台具有唯一的編碼；

·多檔位測量。

主要技術指標

·量程：①±1KnT，

②±10KnT，

③±100KnT；

·解析度：0.1nT；

地球物理儀器匯編及專論

·噪音水平：－0.1～0.1nT；

·工作環境溫度：－20℃～50℃；

·電源：220V±10％；

·探頭電纜長度：5m；

·機箱尺寸：300mm×135mm×380mm。

CZJ–1型井中質子磁力儀

CZJ–1型質子磁力儀是在地面質子磁力儀的基礎上研製的一種井中磁測儀器。主要用於深部找礦，特別是用於尋找有色金屬礦或貴金屬礦等磁異常10～1000nT弱磁性礦體。在找礦過程中，井中質子磁力儀探測結合地面勘探將能發揮重要作用。

主要特點

·解析度高；

·全自動調諧；

·中文或英文菜單；

·現場實時顯示觀測曲線；

·RS485實現地面儀器與井下儀器通信；

·數據自動記錄和存儲；

·與電腦連接實現數據後處理和日變自動校正；

·具有點測功能；

·體積小，重量輕。

主要技術指標

·解析度：0.1nT；

·測量精度：－5～5nT；

·測量范圍：32000～70000nT；

·測區地磁場梯度要求：垂直梯度≤2000nT/m水平梯度≤1500nT/m；

·最大下井深度：1500m；

·井下儀器的工作環境溫度：0℃～50℃；

·地面儀器的工作環境溫度：－10℃～50℃；

·探管尺寸：Ф45mm×145mm；

·主機尺寸：290mm×200mm×240mm。

地球物理儀器匯編及專論

CTSD–1型攜帶型三分量磁通門磁力儀

CTSD–1型攜帶型三分量磁通門磁力儀可測空間任一點磁感應強度的互相垂直的X、Y、Z三個分量。適用於地磁場的監測、各種運動物體（如車輛等）磁性的研究以及磁性物體或磁性礦體的探測。

主要特點

·三分量探頭尺寸小巧，便於埋設在地下等特殊場合；

·探頭電纜最長可達30m；

·三個分量同時顯示，便於觀測；

·高解析度模擬輸出，易於連接數據採集裝置；

·高能鋰電池組供電，可長時間在野外工作。

主要技術指標

·測量范圍：－100～100，000nT；

·最高解析度：1nT（模擬輸出端）；

·顯示解析度：10nT/字；

·滿量程輸出：±10V±0.5%；

·頻率響應:0～20Hz@±10，000nTp-p；

·剩磁:－1～1nT@±100，000nT；

·三軸正交度:－1°～1°；

·電纜長度:5～30m任選；

·連續工作時間:≥8h；

·尺寸:探頭104mm×83mm×75mm；主機372mm×266mm×135mm；

·重量:不大於7.5kg(含探頭、30m電纜及主機)。

地球物理儀器匯編及專論

CTM–DI型磁力儀

CTM–DI型磁力儀是一種具有世界先進水平的地磁測量儀器。它可以精確地測定地磁偏角D和地磁傾角I，並可在地磁台站和野外兼用。CTM–DI型磁力儀是當前世界上D、I觀測精度最高的儀器之一。該儀器具有性能穩定、操作簡便、用途廣泛、易於攜帶等特點。CTM–DI型磁力儀與質子磁力儀（觀測地磁總強度F）配合使用將會是很理想的地磁矢量觀測組合。

主要特點

CTM–DI磁力儀是由無磁經緯儀和磁通門檢測系統兩大部分構成。無磁經緯儀是高度「無磁」的，足以保證D和I的觀測精度，這是它與普通經緯儀的本質區別。磁通門檢測系統是具有高靈敏度和高穩定度的電子檢測系統，其感測器安置在無磁經緯儀的望遠鏡之上。通過無磁經緯儀高精度的測角系統，按照一定的觀測程序就可以精確地測定磁偏角D和地磁傾角I。

主要技術指標

·基線值觀測標准偏差：σ_DB≤｜±0.10′｜，σ_IB≤｜±0.10′｜；

·觀測准確度：ΔD≤0.20′，ΔI≤0.20′；

·轉向差：ΔD、ΔI^lt;10′；

·三方位基線值與平均值的最大差值：ΔD、ΔI≤0.20′；

·無磁經緯儀一測回水平方向標准偏差（室內）：－4″～4″；

·整機磁化率顯示（安裝探頭前）；≤2×10^–6；

·零場偏移：±1nT；

·零場偏移的溫度系數：0.01nT/℃；

·系統雜訊：≤0.2nT（pp）；

·最大解析度：0.1nT；

·動態范圍：兩檔×10±1999nT

×1±199.9nT；

·工作溫度范圍：－10℃～40℃；

·電源：交直流兩用，直流12V或交流220V；

·顯示器至感測器最小安全距離：2.0m。

CTM/BS–1攜帶型數字磁通門磁力儀

攜帶型數字磁通門磁力儀探頭由三個相互垂直的磁通門感測器（D、H、Z）組成，其中H、Z兩個感測器外加磁補償線圈，可大范圍補償H、Z方向的磁場，三個磁通門感測器測量的是地磁場以及干擾磁場在其軸線上投影的「向量」值，整套系統用於測量空間任一點磁場強度的變化量。

磁場強度測量值的輸出方式有兩種，指針式表頭指示和數據採集系統采樣、貯存、傳輸。

地球物理儀器匯編及專論

主要特點

·靈敏度高；

·數據存儲量大；

·工作時間長。

主要技術指標

·感測器：D、H、Z三分量；

·三分量正交度：≤0′（感測器安裝正交度）；

·測量動態范圍：±2500nT，±2.5%；

·讀數分辨力：0.1nT；

·雜訊水平：≤0.1nTp-p；

·溫度系數：≤1nT/℃；

·頻率響應：DC～20Hz；

·工作溫度：－10℃～40℃；

·地磁場補償范圍：Z：0～50000nT；

·采樣間隔時間：0.1s、1s、10s、60s，可編程式控制制；

·最大存儲量：可存儲連續一個月的數據（按1s采樣間隔時間）；

·電池連續工作時間：不少於1個月；

·時間服務精度：實時鍾，能使用USB通訊校時；

·防水要求：主機和感測器均全密封；

·傳輸電纜：屏蔽式電纜，長度25m；

·通訊介面：USB介面，用於采樣時間間隔設置、自校、數據輸出等操作；

·整機重量：35k（g包括電池、包裝箱）；

·包裝箱尺寸：435mm×260mm×300mm。

CTM–DT06型多通道磁通門磁力儀

CTM–DT06型多通道磁通門磁力儀主要用於測量磁場的垂直分量或三分量值。該儀器有12個測量通道（最多可以增加到512個通道陣列），可用於測量大型設備如船用發動機、船模等的磁性或消磁後的剩磁測量，也可用於水下移動目標（如潛艇）的監測，是一種在實驗室或台站、船塢、海底等場所使用的大型專用磁測量設備。

主要特點

·多通道同時測量；

·寬量程；

·寬地磁補償范圍；

·高解析度；

地球物理儀器匯編及專論

·高穩定性；

·長探頭電纜；

·探頭可在水下工作；

·可配備通用的數據採集設備。

主要技術指標

·感測器：帶阻尼的自動調平系統（±1°范圍內）轉向差（旋轉360°）－10～10nT；

·量程：①±100nT，②±1000nT，③±10000nT，④±100000nT；

·解析度：0.1nT；

·輸出滿度值：±10V；

·探頭電纜：50m（按用戶要求設計，最長可達500m）；

·地磁補償范圍：－100000～100000nT；

·地磁補償細度：0.001%(0～100000nT范圍內任意一點的調節解析度不劣於1nT)；

·探頭水下工作深度：30m；

·工作環境溫度：0℃～35℃；

·電源：～220V±10％；

·基準電壓源的溫度穩定性達：1ppm/℃；

·單分量探頭尺寸：Φ78mm×115mm；

·三分量探頭尺寸：Φ92mm×213mm；

·機箱尺寸：600mm×1400mm×550mm（根據通道數量設計）。

電法儀器

DCX–1多功能高密度電法儀（電法層析成像數據採集系統）

北京地質儀器廠生產的DCX–1型電阻率層析成像數據採集系統，既可以做電阻率層析成像探測，亦可做極化率層析成像探測。可用於找礦、找水、工程及水文地質勘探、地下建築體（古墓、防空洞）以及地下溶洞、地裂縫等勘探。此產品突破傳統設計方式，獲得多項國家專利。

地球物理儀器匯編及專論

DCX–1型集中式電阻率層析成像數據採集系統的主要特點

·由工控機做主控器，採用大屏幕LCD顯示器並附有觸摸屏，數據處理能力強，存儲數據量大，界面友好，易於操作；

·LCD彩顯可實時顯示測量數據，如：電流、電壓、電阻率、極化率等，工作狀態，當前測量層位，A、B、M、N各電極工作位置，電位曲線顯示，視電阻率彩色剖面圖像，顯示內容豐富，測量進程直觀；

·集中式多路電極轉換器採用復合控制技術，精簡了硬體規模，使控制電極道數增多。本系統以120道為基本組態，可以方便地做長剖面的「滾動」測量。為滿足特殊用戶需求，可以接受240道測量系統的訂貨；

·採用雙向覆蓋電纜，使現場布線與分布式儀器的布線速度相當，與以往普通式連接電纜相比，施工簡化，降低了勞動強度，提高了工作效率。電纜接頭均有防水功能，可在水中作業；

·本系統測量通道數量多，而且易於擴大測量通道數，使之探測有效空間增大，便於增加勘探深度和提高探測解析度。

主要技術指標

·電壓測量范圍：±4V；精度優於±0.5%；解析度1μV；

·電流測量范圍：±4A；精度優於±0.5%；解析度1μA；

·供電電壓：最高700V；

·工頻抑制：優於80dB；

·輸入阻抗：≥20M；

·自電補償方式及范圍：全量程跟蹤

·式自動補償；

·工作環境溫度：－10℃～50℃；

·工作環境濕度：90%RH；

·測量裝置模式：溫納、偶極–偶極、微分、復合對稱四極、三極滾動、二極測深、二極剖面等，可根據用戶需求增加各種特殊裝置；

·測量參數：供電電流、一次場電位、二次場電位；

·視電阻率、視極化率數據可以同時採集；

·計算參數：電阻率、極化率、裝置系數等。

地球物理儀器匯編及專論

DWJ–3B型微機激電儀

DWJ–3B型微機激電儀是時間域激發極化測量系統中的接收機。可使用DXF–1激電發送機（1.5kW）、DZF-3激電發送機（2kW）、DJF-6激電發送機（5kW）或DJF–10激電發送機（10kW）供電，多台接收機同時接收。能直接測量自電、一次電位、極化率。廣泛用於金屬與非金屬礦產資源勘探、尋找地下水及工程地質等領域。

本儀器既可進行地面所有裝置的激電測量、電阻率測量，也可進行井中的連續激電測井和井中激電測量。

主要特點

·採用信號增強技術和數字濾波，抗干擾能力強，測量精度高；

·自動進行自然電位、飄移及電極極化補償；

·接收部分有瞬間過壓輸入保護能力；

·大屏幕彩色液晶顯示：漢字對話，不但能一次顯示所有的測量參數，而且可顯示觀測曲線，使得測量結果直觀明了；

·多參數測量：可測量並存儲自然電位、一次電位和供電電流（在同步方式下）、視電阻率、視極化率、半衰時、衰減度、偏離度和綜合參數等；

·掉電保護：具有掉電數據不掉功能，能存儲1MB數據並長期保存；

·全密封結構：具有防水、防塵、壽命長等優點。

主要技術指標

·測量一次電位解析度為1μV，最大可測20V；

·測量極化率解析度為0.001%；

·測量電流解析度為1mA，最大可測20A；

·電壓、電流、視極化率測量精度：±1%±1個字；

·輸入阻抗：>100MΩ；

·對50Hz工頻干擾壓制優於80dB；

·工作環境溫度：－10℃～50℃；

·工作環境濕度：95%RH；

·尺寸：255mm×120mm×230mm；

·重量：3kg。

DWD–4A微機電阻率儀

該儀器是在多年研製和生產先進電法儀器的基礎上，集24位A/D、ARM等當今最新電子技術研製的新一代數字直流電法儀器。儀器的體積和重量顯著縮小，主要技術指標及性能相當於當前國外同類儀器，在各種野外復雜環境下能更好地工作。廣泛應用於金屬與非金屬礦產資源勘探、工程地質勘探、環境地質勘探、水文地質勘探、能源勘探，還能用於地熱勘探等方面。

地球物理儀器匯編及專論

主要特點

·整機體積小、功耗低；

·採用24位AD轉換器及信號增強技術和數字濾波,抗干擾能力強,測量精度高；

·自動進行自然電位、漂移及電極極化補償；

·不測量時，通道入口短路，防止長時間開路；

·供電電壓高（1000V)、電流大（7A）；

·接收部分有瞬間過壓輸入保護能力；

·彩色大屏幕顯示：漢字對話，不但能一次顯示所有的測量參數，而且可顯示觀測曲線，使得測量結果直觀明了；

·多參數測量：可測量並存儲自然電位、一次電位和電流、視電阻率、視極化率、半衰時、衰減度、偏離度和綜合參數等；

·具有掉電數據不丟功能，能存儲1MB數據並長期保存；

·用單片ARM進行控制與數據處理；

·除RS232介面、網口與計算機通訊傳輸數據外，增加USB介面可以用U盤拷貝數據文件；

·極距常數表──對所有裝置，可預先存儲多組不同極距常數，從而避免相同極距常數反復輸入可能帶來的輸入錯誤。

接收部分技術指標

·電壓通道：±5V（24位A/D）；

·測量精度：當V_p≥5mV時，±0.2%； 當0.1mV≤V_p<5mV時，±1%±1個字；

·輸入阻抗：>20MΩ；

·視極化率測量精度：±1％±1個字；

·S_p補償范圍：±4V；

·電流通道：7A（24位A/D）；

·測量精度：當I_p≥5mA時，±0.2%； 當0.1mA≤I_p<5mA時，±1%±1個字；

·對50Hz工頻干擾壓制優於80dB。

發射部分技術指標

·最大供電電壓：±1000V；

·最大供電電流：±7A；

·供電脈沖寬度：1～60（s秒），占空比為1:1。

其他指標

·工作溫度：－10℃～50℃，95％RH；

·儲存溫度：－20℃～60℃；

·儀器電源：內置7.4V4Ah（或外接12V電源），可連續工作>30h；

·重量：4.2kg；

·體積：270mm×150mm×240mm。

其他探測儀器

GTL115型金屬探測器

GTL115型金屬探測器是一種利用電磁感應原理製造的儀器，可根據不同的探測環境和探測對象選配三種不同型號的探頭。JTC115由單人操作，可採用卧姿、跪姿或立姿。主要用於探測各類復雜地形下含微量金屬的物體，亦可用於其他小型金屬物體的探測。該儀器已被編入「聯合國日內瓦國際人道主義掃雷中心」編輯的采購與宣傳目錄冊。

主要特點

靈敏度高，採用自動歸零技術，能自動欠壓報警，對磁性土壤干擾有一定的抑制能力。此外，它重量輕、結構簡單、攜帶方便、操作簡捷、耗電量低、性能穩定可靠，作前沿陣地偵察使用時，極為靈活、方便。

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

主要技術指標

·探頭類型：Ⅰ型，Ⅱ型，Ⅲ型；

·對各種目標的探測距離見下如表；

對各種目標的探測距離

·工作環境溫度：－40℃～50℃；

·全套器材使用重量：配Ⅰ、Ⅲ型探頭<1.5kg；配Ⅱ型探頭<2.0kg；

電源：普通5號電池（共8節），連續工作時間≥20h。

CCT–3型磁探儀

CCT–3型磁探儀是專門用於探測水下和井中鐵磁性物體的探測儀器，可以用於探測沉船、橋墩及建築物的樁基等。

主要特點

攜帶方便；

主機與探頭之間的連接電纜長達40m；

探測結果由3數字表頭和耳機音響兩種方式顯示。

技術指標

適用地磁場范圍：±60000nT(±5%)；

磁場梯度量程：高靈敏度檔±200.0nT；低靈敏度檔±2000nT；

解析度：高靈敏度檔0.1nT，低靈敏度檔1nT；

剩磁：≤1nT(±105nT)；

溫度漂移：≤1nT/℃；

長時間漂移：≤5nT/H；

轉向誤差：≤10nT；

平行誤差：≤10nT；

工作環境溫度：－10℃～50℃；

電源:主機內裝16節鎳氫充電電池。

GJX–1型袖珍羅盤

GJX–1型袖珍羅盤可在地面及礦山作業中作為視准儀、地質羅盤、手持水準儀及傾斜儀等使用。

地球物理儀器匯編及專論

地球物理儀器匯編及專論

主要特點

精度高、磁針轉動靈敏、刻度清晰、合葉力矩適中無滑轉。

主要技術指標

磁針磁矩：≥40Gaussc.c.；

阻尼時間：30～40s；

·讀數誤差：磁針擺動後讀數差<0.5°；銷制前後讀數差<1°，磁針在0°～180°位置和90°～270°位置之間的偏心差<0.5°，傾斜誤差<1°；

·靈敏度：長水準器靈敏度12′±3′/2mm

圓水準器靈敏度25′±3′/2mm（20℃時）；

·合葉壽命：≥100000次；

·支撐軸尖及瑪瑙座的壽命：≥500000次；

·尺寸：85mm×73mm×33mm；

·重量：260g。

『肆』 核磁共振實驗數據處理怎麼求bm

核磁共振是重要的物理現象。核磁共振技術在物理、化學、生物、醫學和臨床診斷、計量科學、石油分析與勘探等許多領域得到重要應用。
自旋角動量P不為零的原子核具有相應的磁距μ，而且

其中 稱為原子核的旋磁比，是表徵原子核的重要物理量之一。當存在外磁場B時，核磁矩和外磁場的相互作用使磁能級發生塞曼分裂，相鄰能級的能量差為 ，其中h=h/2π，h為普朗克常數。如果在與B垂直的平面內加一個頻率為ν的射頻場，當

時，就發生共振現象。通常稱y/2π為原子核的迴旋頻率，一些核素的迴旋頻率數值見附錄。
核磁共振實驗是理科高等學校近代物理實驗課程中的必做實驗之一；如今，許多理科院校的非物理類專業和許多工科、醫學院校的基礎物理實驗課程也安排了核磁共振實驗或演示實驗。
利用本裝置和用戶自備的通用示波器可以用掃場的方式觀察核磁共振現象並測量共振頻率，適合於高等學校近代物理實驗基礎實驗教學使用。

二、實驗儀器
永久磁鐵（含掃場線圈）、可調變阻器、探頭兩個（樣品分別為 、 和 ）、數字頻率計、示波器。
三、實驗原理
（一）核磁共振的穩態吸收
核磁共振是重要的物理現象，核磁共振實驗技術在物理、化學、生物、臨床診斷、計量科學和石油分析勘探等許多領域得到重要應用。1945年發現核磁共振現象的美國科學家Purcell和Bloch1952年獲諾貝爾物理學獎。在改進核磁共振技術方面作出重要貢獻的瑞士科學家Ernst1991年獲得諾貝爾化學獎。
大家知道，氫原子中電子的能量不能連續變化，只能取分立的數值，在微觀世界中物理量只能取分立數值的現象很普通，本實驗涉及到的原子核自旋角動量也不能連續變化，只能取分立值 ，其中I稱為自旋量子數，只能取0，1，2，3，…等整數值或1/2，3/2，5/2，…等半整數值，公式中的 =h/2π，而h為普朗克常數，對不同的核素，I分別有不同的確定數值，本實驗涉及質子和氟核F19的自旋量子數I都等於1/2，類似地原子核的自旋角動量在空間某一方向，例如z方向的分量也不能連續變化，只能取分立的數值Pz=m 。其中量子數m只能取I，I-1，…，-I+I，-I等2I+1個數值。
自旋角動量不為零的原子核具有與之相聯系的核自旋磁矩，其大小為
（1）
其中e為質子的電荷，M為質子的質量，g是一個由原子核結構決定的因子，對不同種類的原子核g的數值不同，g稱為原子核的g因子，值得注意的是g可能是正數，也可能是負數，因此，核磁矩的方向可能與核自旋動量方向相同，也可能相反。
由於核自旋角動量在任意給定z方向只能取（2I+1）個分立的數值，因此核磁矩在z方向也只能取（2I+1）個分立的數值。
( 2 )
原子核的磁矩通常用μN=eh/2M作為單位，μN稱為核磁子，採用μN作為核磁矩的單位後，μZ可記住μZ =gmμN，與角動量本身的大小為 相對應，核磁矩本身的大小為 g μN，除了用g因子表徵核的磁性質外，通常引入另一個可以由實驗測量的物理量γ，γ定義原子核的磁矩與自旋角動量之比：
( 3 )
利用γ我們可寫成μ=γp，相應地有μz=γpz 。
當不存在磁場時，每一個原子核的能量相同，所有原子處在同一能級，但是，當施加一個外磁場B後，情況發生變化，為了方便起見，通常把B的方向規定為z方向，由於外磁場B與磁矩的相互作用能為
E=-μ·B=-μzB=-γpzB=-γm B （4）
因此量子m取值不同的核磁矩的能量也就不同，從而原來簡並的同一能級分裂為(2I+1)個子能級，由於在外磁場中各個子能級的能量與量子數間隔△E=γ B全是一樣的，而且，對於質子而言，I=1/2，因此,m只能取m＝1/2和m＝-1/2兩個數值，施加磁場前後的能級分別如圖1中的(a)和（b）所示
當施加外磁場B以後，原子核在不同能級上的分布服從玻爾茲曼分布，顯然處在下能級的粒子數要比上能級的多, 其數量由△E大小、系統的溫度和系統總粒子數決定，這時，若在與B垂直的方向上再施加上一個高頻電磁場, 通常為射頻場，當射頻場的頻率滿足hν=△E時會引起原子核在上下能級之間躍遷, 但由於一開始處在下能級的核比在上能級的核要多，因此凈效果是上躍遷的比下躍遷的多，從而使系統的總能量增加，這相當於系統從射頻場中吸收了能量。

,

,
(a) B=0 (b)B 0
圖1
我們把hv=△E時引起的上述躍遷稱為共振躍遷，簡稱為共振。顯然共振要求hv=△E,從而要求射頻場頻率滿足共振條件：
E=-μ·B=-μzB=-γpzB=-γm B （5）
如果用圓頻率 =2πν表示，共振條件可寫成：
ω=γB ( 6 )
如果頻率的單位用Hz，磁場的單位用T（特斯拉，1特斯拉=10000高斯），對裸露的質子而言經過測量得到 /2π=42.577469 MHz/T；但是對於原子或分子中處於不同的基團的質子，由於不同質子所處的化學環境不同，受到周圍電子屏蔽的情況不同， 的數值將略有差別，這種差別稱為化學位移，對於溫度為25攝式度球形容器中水樣品的質子， =42.576375 MHz/T，本實驗可採用這個數值作為很好的近似值，通過測量質子在磁場B中的共振頻率 可實現對磁場的校準，即
(7)
反之，若B已經校準，通過測量未知原子核的共振頻率v便可求出待測原子核 值（通常用 值表徵）或g因子；
(8)
（9）
其中 =7.6225914 MHz/T
通過上述討論，要發生共振必須滿足v= ·B，為了觀察到共振現象通常有兩種方法；一種是固定B，連續改變射場的頻率，這種方法稱為掃頻方法；另一種方法，也就是本實驗採用的方法，即固定射場的頻率，連續改變磁場的大小，這種方法稱為掃場方法，如果磁場的變化不是太快，而是緩慢通過與頻率v對應的磁場時，用一定的方法可以檢測到系統對射場的吸收信號，如圖2（a）所示，稱為吸收曲線，這種曲線具有洛倫茲型曲線的特徵，但是，如果掃場變化太快，得到的將是如圖2（b）所示的帶有尾波的衰減振盪曲線，然而，掃場變化的快慢是相對具體樣品而言的，例如，本實驗採用的掃場的磁場，其吸收信號將如圖2（a ）所示，而對液態的水樣品而言卻是變化太快的磁場，其吸收信號將如圖2（b）所示，而且磁場越均勻，尾波中振盪的次數越多。
（a） (b)

圖2

（二）核磁共振法測量馳豫時間
在共振吸收過程中，低能級的粒子躍遷到高能級，使高、低能級的粒子數分布趨於均等，這時共振吸收信號消失，粒子系統處於飽和狀態。但由於物質內部機制存在著恢復平衡狀態的逆過程，在適當的實驗條件下仍可觀測到穩定的共振吸收信號。所謂馳豫過程，就是表徵系統由非平衡狀態趨向平衡狀態的過程，該過程所經歷的時間稱為馳豫時間。熱平衡時，由於每個粒子的磁矩都繞外場 進動，系統的總磁矩 與外場 的方向相同， 的大小可由不同能級上粒子磁矩的大小按玻爾茲曼分布求和得到。假設通過某種途徑使系統偏離熱平衡態。宏觀上表現為系統總磁矩 在實驗室坐標系的三個方向上的分量為Mx My Mz 。這時自旋系統恢復到熱平衡態。一是通過與晶格交換能量使由上、下能級粒子數分布根據下式

所確定的自旋體系的溫度Ts最終與晶格的溫度 相等。粒子恢復到玻爾茲曼分布。Mz最終等於 ， 即

此過程稱為自旋——晶格馳豫。上式中，T1反映了系統縱向磁矩Mz趨向熱平衡值時速度的快慢，稱為縱向馳豫時間。在自旋系統中，還存在另一種自旋——自旋馳豫過程，稱為自旋——自旋相互作用。它不改變自旋粒子體系各能級上粒子數。即不改變自旋系統的總能量。但使系統總磁矩在x、y 方向上的分量Mx 和My逐漸趨向於熱平衡值。它遵從下式，

式中T2稱為橫向馳豫時間。實際上，在核磁共振中，上述的共振吸收與馳豫過程是同時進行。通過共振吸收，粒子數偏離平衡態分布。另一方面又通過馳豫回到熱平衡態。當這兩個過程達到動態平衡時，出現穩定的吸收信號，稱為穩態核磁共振吸收譜。

四、實驗內容與步驟
（一）儀器介紹
實驗裝置的方框圖如圖3所示：它由永久磁鐵、掃場線圈，邊限振盪器（包括探頭）、數字頻率計、示波器等組成。
永久磁鐵：對永久磁鐵的要求是有極強的磁場、足夠大的均勻區和均勻性好，本實驗所用的磁鐵中心磁場B0≥0.5T，在磁場中心（5mm）3范圍內，均勻性優於10-5。
（二）掃場線圈：用來產生一個幅度大小在零點幾高斯到十幾高斯的可調交變磁場用於觀察共振信號，掃場線圈的電流由可調變阻器的輸出後提供，掃場的幅度可通過可調變阻器調節
（三）探頭，射頻場的產生與共振信號的探測
本實驗提供兩個探頭，其中樣品為 、 和

圖3

（二）校準永久磁鐵中心的磁場Bo
把樣品為水（摻有HF）的探頭下端的樣品盒插入到磁鐵中心，並使電路盒水平放置在磁鐵上方的機座上，左右移動電路盒使它大致處於機座的中間位置，將電路盒背面的「頻率測試」和「共振信號」分別與頻率計和示波器連接，把示波器的掃描速度旋鈕放在5ms/格位置，縱向放大旋鈕放在0.1V/格或0.2V/格位置，打開頻率計，示波器和邊限振盪器的電源開關，這時頻率計應有讀數，接通可調變阻器電流到中間位置，緩慢調節邊限振盪器的頻率旋鈕，改變振盪頻率（由小到大或由大到小）同時監視示波器，搜索共振信號。

（三）估測HF樣品中H核的馳豫時間T2。
估測方法如下：示波器改用X-Y輸入方法，把底座前方標有「掃場輸出」的信號（它與掃場線圈兩端電壓成正比）輸入到X端，「共振信號」信號輸入到Y端。把頻率調節在氟的共振頻率適當增大掃場幅度，從示波器上觀察到的將是重疊而又相互錯開了兩個共振峰（可利用相移調節旋鈕改變兩個峰的位置）。利用示波器上的網格估測其中一個共振峰的半寬度B與掃場變化范圍2 的比值K（即K=ΔB/2 ）。然後固定掃場的幅度不變，把示波器改回正常的接法，用與基本要求1.中相同方法，測出共振發生在掃場的峰頂與谷底時的共振頻率 和 求出這時掃場的變化范圍2 ，進而求出氟核共振峰的半寬度ΔB，然後利用公式
F
或

估算出固態聚四氟乙烯中氟核的馳豫時間T2，上面式中 為氟核的迴旋頻率（參見附錄）。

五、數據表格及數據處理
1．由 計算磁場強度 。
根據公式
其中： 為三峰等間隔時的掃場頻率
需要測量三種溶液中H的共振頻率。

2.計算馳豫時間 （只測H）
根據公式
其中： ， 為三峰等間隔時的掃場頻率， 為兩峰合一剛消失時的掃場頻率；
；
為三峰等間隔半高寬
在計算中注意：
， ， ，
所以單位換算： ，

六、注意事項
1．不要隨便搬動桌面上儀器的擺放位置，特別是不準移動永久磁場的位置，不準動上面的任何螺絲。
2．接通電源前應把輸出電流和電壓調到0檔，經老師檢查後開啟電源。
3．實驗過程中所有按鍵旋鈕要「輕按慢旋」，沒有搞清功能前都不準使用儀器。
4. 邊限電流調節會對頻率產生影響。因此，在調節邊限電流後，再調節頻率進行補償，使每一次測量頻率保持一致。
 5.樣品必需安置再磁場的均勻區內。如果樣品安置在均勻區域內，信號會十分明顯。所以，樣品在磁場中的位置十分重要，必須認真仔細觀測信號隨樣品位置上下、左右的變化，力求取得最佳效果。

七、教學後記
1．本實驗由於教材中沒有相關內容，因此實驗前要求學生在實驗室參看學習資料進行預習，並要求學生思考什麼使核磁共振和馳豫。
2．在講解中結合目前核磁共振在醫學上和石油勘探等方面的應用，引起學生們的興趣。
3．講解中結合示波器顯示的吸收信號指出本實驗需要測量數據。
4．要求學生在頻率調節應參考提供的 頻率仔細尋找，緩慢旋轉，速度過快，核磁共振信號會瞬間消失。
5．學生計算出磁場後應與儀器給定永久磁鐵磁場相比較，並進行誤差分析。

『伍』 「 磁 」是什麼東西

我們的生活每時每刻都和磁性有關。沒有它，我們就無法看電視、聽收音機、打電話；沒有它，連夜晚甚至都是一片漆黑。

人類雖然很早就認識到磁現象，但直到了現代，人們對磁現象的認識才逐漸系統化，發明了不計其數的電磁儀器，象電話、無線電、發電機、電動機等。如今，磁技術已經滲透到了我們的日常生活和工農業技術的各個方面，我們已經越來越離不開磁性材料的廣泛應用。

由於物質的磁性既看不到，也摸不著，我們無法通過自己的五種感官（聽覺、視覺、味覺、嗅覺、觸覺）直接體會磁性的存在，但人們還是在實踐中逐步揭開了其神秘面紗。磁鐵總有兩個磁極，一個是N極，另一個是S極。一塊磁鐵，如果從中間鋸開，它就變成了兩塊磁鐵，它們各有一對磁極。不論把磁鐵分割得多麼小，它總是有N極和S極，也就是說N極和S極總是成對出現，無法讓一塊磁鐵只有N極或只有S極。

磁極之間有相互作用，即同性相斥、異性相吸。也就是說，N極和S極靠近時回相互吸引，而N極和N極靠近時回互相排斥。知道了這一點，我們就明白了為什麼指南針會自動指示方向。原來，地球就是一塊巨大的磁鐵，它的N極在地理的南極附近，而S極在地理的北極附近。這樣，如果把一塊長條形的磁鐵用細線從中間懸掛起來，讓它自由轉動，那麼，磁鐵的N極就會和地球的S極互相吸引，磁鐵的S極和地球的N極互相吸引，使得磁鐵方向轉動，直到磁鐵的N極和S極分別指向地球的S極和N極為止。這時，磁鐵的N極所指示的方向就是地理的北極附近。
參考資料：http://www.pslsh2f.pudong-e.sh.cn/xsly/hdtd/efx_blog/more.asp?name=sunjianping&id=2048

一、物質磁性的起源

如果磁是電磁以太渦旋，一個磁鐵，沒看到任何電磁以太的渦旋，為什麼會有磁性？我們的回答是：物質的磁性起源於原子中電子的運動，電子的運動會產生一個電磁以太的渦旋。

早在1820年，丹麥科學家奧斯特就發現了電流的磁效應，第一次揭示了磁與電存在著聯系，從而把電學和磁學聯系起來。

為了解釋永磁和磁化現象，安培提出了分子電流假說。安培認為，任何物質的分子中都存在著環形電流，稱為分子電流，而分子電流相當一個基元磁體。當物質在宏觀上不存在磁性時，這些分子電流做的取向是無規則的，它們對外界所產生的磁效應互相抵消，故使整個物體不顯磁性。在外磁場作用下，等效於基元磁體的各個分子電流將傾向於沿外磁場方向取向，而使物體顯示磁性。

磁現象和電現象有本質的聯系。物質的磁性和電子的運動結構有著密切的關系。烏倫貝克與哥德斯密特最先提出的電子自旋概念，是把電子看成一個帶電的小球，他們認為，與地球繞太陽的運動相似，電子一方面繞原子核運轉，相應有軌道角動量和軌道磁矩，另一方面又繞本身軸線自轉，具有自旋角動量和相應的自旋磁矩。施特恩-蓋拉赫從銀原子射線實驗中所測得的磁矩正是這自旋磁矩。（現在人們認為把電子自旋看成是小球繞本身軸線的轉動是不正確的。）

電子繞原子核作圓軌道運轉和繞本身的自旋運動都會產生電磁以太的渦旋而形成磁性，人們常用磁矩來描述磁性。因此電子具有磁矩，電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。在晶體中，電子的軌道磁矩受晶格的作用，其方向是變化的，不能形成一個聯合磁矩，對外沒有磁性作用。因此，物質的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每個電子自旋磁矩的近似值等於一個波爾磁子 。 是原子磁矩的單位， 。因為原子核比電子重2000倍左右，其運動速度僅為電子速度的幾千分之一，故原子核的磁矩僅為電子的千分之幾，可以忽略不計。

孤立原子的磁矩決定於原子的結構。原子中如果有未被填滿的電子殼層，其電子的自旋磁矩未被抵消，原子就具有「永久磁矩」。例如，鐵原子的原子序數為26，共有26個電子，在5個軌道中除了有一條軌道必須填入2個電子（自旋反平行）外，其餘4個軌道均只有一個電子，且這些電子的自旋方向平行，由此總的電子自旋磁矩為4 。

二、 物質磁性的分類

1、 抗磁性

當磁化強度M為負時，固體表現為抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金屬具有這種性質。在外磁場中，這類磁化了的介質內部的磁感應強度小於真空中的磁感應強度M。抗磁性物質的原子（離子）的磁矩應為零，即不存在永久磁矩。當抗磁性物質放入外磁場中，外磁場使電子軌道改變，感生一個與外磁場方向相反的磁矩，表現為抗磁性。所以抗磁性來源於原子中電子軌道狀態的變化。抗磁性物質的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般約為-10-5，為負值。

2、 順磁性

順磁性物質的主要特徵是，不論外加磁場是否存在，原子內部存在永久磁矩。但在無外加磁場時，由於順磁物質的原子做無規則的熱振動，宏觀看來，沒有磁性；在外加磁場作用下，每個原子磁矩比較規則地取向，物質顯示極弱的磁性。磁化強度與外磁場方向一致，

為正，而且嚴格地與外磁場H成正比。

順磁性物質的磁性除了與H有關外，還依賴於溫度。其磁化率H與絕對溫度T成反比。

式中,C稱為居里常數，取決於順磁物質的磁化強度和磁矩大小。

順磁性物質的磁化率一般也很小，室溫下H約為10-5。一般含有奇數個電子的原子或分子，電子未填滿殼層的原子或離子，如過渡元素、稀土元素、鋼系元素，還有鋁鉑等金屬，都屬於順磁物質。

3、 鐵磁性

對諸如Fe、Co、Ni等物質，在室溫下磁化率可達10-3數量級，稱這類物質的磁性為鐵磁性。

鐵磁性物質即使在較弱的磁場內，也可得到極高的磁化強度，而且當外磁場移去後，仍可保留極強的磁性。其磁化率為正值，但當外場增大時，由於磁化強度迅速達到飽和，其H變小。

鐵磁性物質具有很強的磁性，主要起因於它們具有很強的內部交換場。鐵磁物質的交換能為正值，而且較大，使得相鄰原子的磁矩平行取向（相應於穩定狀態），在物質內部形成許多小區域——磁疇。每個磁疇大約有1015個原子。這些原子的磁矩沿同一方向排列，假設晶體內部存在很強的稱為「分子場」的內場，「分子場」足以使每個磁疇自動磁化達飽和狀態。這種自生的磁化強度叫自發磁化強度。由於它的存在，鐵磁物質能在弱磁場下強列地磁化。因此自發磁化是鐵磁物質的基本特徵，也是鐵磁物質和順磁物質的區別所在。

鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現出來，超過這一溫度，由於物質內部熱騷動破壞電子自旋磁矩的平行取向，因而自發磁化強度變為0，鐵磁性消失。這一溫度稱為居里點 。在居里點以上，材料表現為強順磁性，其磁化率與溫度的關系服從居里——外斯定律，

式中C為居里常數。

4、 反鐵磁性

反鐵磁性是指由於電子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自發磁化強度，電子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，電子磁矩反向排列。兩個子晶格中自發磁化強度大小相同，方向相反，整個晶體 。反鐵磁性物質大都是非金屬化合物，如MnO。

不論在什麼溫度下，都不能觀察到反鐵磁性物質的任何自發磁化現象，因此其宏觀特性是順磁性的，M與H處於同一方向，磁化率 為正值。溫度很高時， 極小；溫度降低， 逐漸增大。在一定溫度 時， 達最大值 。稱 為反鐵磁性物質的居里點或尼爾點。對尼爾點存在 的解釋是：在極低溫度下，由於相鄰原子的自旋完全反向，其磁矩幾乎完全抵消，故磁化率 幾乎接近於0。當溫度上升時，使自旋反向的作用減弱， 增加。當溫度升至尼爾點以上時，熱騷動的影響較大，此時反鐵磁體與順磁體有相同的磁化行為。

三、電子軌道磁矩與軌道角動量的關系

設軌道半徑為r (圓軌道)、電子速率為v

則軌道電流I：

電子的軌道磁矩

對處於氫原子基態的電子，
電子的軌道角動量(圓軌道)

L = mvr

式中m 為電子質量

由於電子帶負電，電子軌道磁矩與軌道角動量的關系是：

(此式雖由圓軌道得出，但與量子力學的結論相同)

在這里要特別強調指出的是：電子軌道磁矩與軌道角動量成正比。

四、電子自旋磁矩與自旋角動量的關系

實驗證明：電子有自旋(內稟)運動，相應有自旋磁矩大小為

自旋磁矩和自旋角動量 S 的關系：

在這里又要特別強調指出的是：電子自旋磁矩又與自旋角動量成正比。磁矩與角動量成正比不是偶然的。因為電子的角動量越大，它所帶動的電磁以太渦旋的角動量也越大，磁矩當然也就越大了。這也就從另一個側面印證了磁是以太的渦旋。
磁場
magnetic field
電流、運動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態的物質。由於磁體的磁性來源於電流，電流是電荷的運動，因而概括地說，磁場是由運動電荷或變化電場產生的。磁場的基本特徵是能對其中的運動電荷施加作用力，磁場對電流、對磁體的作用力或力矩皆源於此。
與電場相仿，磁場是在一定空間區域內連續分布的矢量場，描述磁場的基本物理量是磁感應強度矢量B ，也可以用磁力線形象地圖示。然而，作為一個矢量場，磁場的性質與電場頗為不同。運動電荷或變化電場產生的磁場，或兩者之和的總磁場，都是無源有旋的矢量場，磁力線是閉合的曲線族，不中斷，不交叉。換言之，在磁場中不存在發出磁力線的源頭，也不存在會聚磁力線的尾閭，磁力線閉合表明沿磁力線的環路積分不為零，即磁場是有旋場而不是勢場（保守場），不存在類似於電勢那樣的標量函數。
電磁場是電磁作用的媒遞物，是統一的整體，電場和磁場是它緊密聯系、相互依存的兩個側面，變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，變化的電磁場以波動形式在空間傳播。電磁波以有限的速度傳播，具有可交換的能量和動量，電磁波與實物的相互作用，電磁波與粒子的相互轉化等等，都證明電磁場是客觀存在的物質，它的「特殊」只在於沒有靜質量。
磁現象是最早被人類認識的物理現象之一，指南針是中國古代一大發明。磁場是廣泛存在的，地球，恆星(如太陽)，星系（如銀河系），行星、衛星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場。為了認識和解釋其中的許多物理現象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。在現代科學技術和人類生活中，處處可遇到磁場，發電機、電動機、變壓器、電報、電話、收音機以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測量儀表等無不與磁現象有關。甚至在人體內，伴隨著生命活動，一些組織和器官內也會產生微弱的磁場。

電磁場
electromagnetic field

有內在聯系、相互依存的電場和磁場的統一體和總稱 。隨時間變化的電場產生磁場 ， 隨時間變化的磁場產生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場可由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場是電磁作用的媒遞物，具有能量和動量，是物質存在的一種形式。電磁場的性質、特徵及其運動變化規律由麥克斯韋方程組確定。

地磁場
geomagnetic field
從地心至磁層頂的空間范圍內的磁場。地磁學的主要研究對象。人類對於地磁場存在的早期認識，來源於天然磁石和磁針的指極性。磁針的指極性是由於地球的北磁極（磁性為S極）吸引著磁針的N極，地球的南磁極（磁性為N極）吸引著磁針的S極。這個解釋最初是英國W.吉伯於1600年提出的。吉伯所作出的地磁場來源於地球本體的假定是正確的。這已為1839年德國數學家C.F.高斯首次運用球諧函數分析法所證實。

地磁場是一個向量場。描述空間某一點地磁場的強度和方向，需要3個獨立的地磁要素。常用的地磁要素有7個，即地磁場總強度F，水平強度H，垂直強度Z，X和Y分別為H的北向和東向分量，D和I分別為磁偏角和磁傾角。其中以磁偏角的觀測歷史為最早。在現代的地磁場觀測中，地磁台一般只記錄H，D，Z或X，Y，Z。
近地空間的地磁場，像一個均勻磁化球體的磁場，其強度在地面兩極附近還不到1高斯，所以地磁場是非常弱的磁場。地磁場強度的單位過去通常採用伽馬（γ），即10高斯。1960年決定採用特斯拉作為國際測磁單位，1高斯＝10特斯拉（T），1伽馬＝10特斯拉＝1納特斯拉（nT），簡稱納特。地磁場雖然很弱，但卻延伸到很遠的空間，保護著地球上的生物和人類，使之免受宇宙輻射的侵害。
地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分，它們在成因上完全不同。基本磁場是地磁場的主要部分，起源於地球內部，比較穩定，變化非常緩慢。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源於地球外部，並且很微弱。
地球的基本磁場可分為偶極子磁場、非偶極子磁場和地磁異常幾個組成部分。偶極子磁場是地磁場的基本成分，其強度約佔地磁場總強度的90％，產生於地球液態外核內的電磁流體力學過程，即自激發電機效應。非偶極子磁場主要分布在亞洲東部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等幾個地域，平均強度約佔地磁場的10％。地磁異常又分為區域異常和局部異常，與岩石和礦體的分布有關。
地球變化磁場可分為平靜變化和干擾變化兩大類型。平靜變化主要是以一個太陽日為周期的太陽靜日變化，其場源分布在電離層中。干擾變化包括磁暴、地磁亞暴、太陽擾日變化和地磁脈動等，場源是太陽粒子輻射同地磁場相互作用在磁層和電離層中產生的各種短暫的電流體系。磁暴是全球同時發生的強烈磁擾，持續時間約為1～3天，幅度可達10納特。其他幾種干擾變化主要分布在地球的極光區內。除外源場外，變化磁場還有內源場。內源場是由外源場在地球內部感應出來的電流所產生的。將高斯球諧分析用於變化磁場，可將這種內、外場區分開。根據變化磁場的內、外場相互關系，可以得出地球內部電導率的分布。這已成為地磁學的一個重要領域，叫做地球電磁感應。
地球變化磁場既和磁層、電離層的電磁過程相聯系，又和地殼上地幔的電性結構有關，所以在空間物理學和固體地球物理學的研究中都具有重要意義。

『陸』 關於磁的資料啊

我們的生活每時每刻都和磁性有關。沒有它，我們就無法看電視、聽收音機、打電話；沒有它，連夜晚甚至都是一片漆黑。

人類雖然很早就認識到磁現象，但直到了現代，人們對磁現象的認識才逐漸系統化，發明了不計其數的電磁儀器，象電話、無線電、發電機、電動機等。如今，磁技術已經滲透到了我們的日常生活和工農業技術的各個方面，我們已經越來越離不開磁性材料的廣泛應用。

由於物質的磁性既看不到，也摸不著，我們無法通過自己的五種感官（聽覺、視覺、味覺、嗅覺、觸覺）直接體會磁性的存在，但人們還是在實踐中逐步揭開了其神秘面紗。磁鐵總有兩個磁極，一個是N極，另一個是S極。一塊磁鐵，如果從中間鋸開，它就變成了兩塊磁鐵，它們各有一對磁極。不論把磁鐵分割得多麼小，它總是有N極和S極，也就是說N極和S極總是成對出現，無法讓一塊磁鐵只有N極或只有S極。

磁極之間有相互作用，即同性相斥、異性相吸。也就是說，N極和S極靠近時回相互吸引，而N極和N極靠近時回互相排斥。知道了這一點，我們就明白了為什麼指南針會自動指示方向。原來，地球就是一塊巨大的磁鐵，它的N極在地理的南極附近，而S極在地理的北極附近。這樣，如果把一塊長條形的磁鐵用細線從中間懸掛起來，讓它自由轉動，那麼，磁鐵的N極就會和地球的S極互相吸引，磁鐵的S極和地球的N極互相吸引，使得磁鐵方向轉動，直到磁鐵的N極和S極分別指向地球的S極和N極為止。這時，磁鐵的N極所指示的方向就是地理的北極附近。
參考資料：http://www.pslsh2f.pudong-e.sh.cn/xsly/hdtd/efx_blog/more.asp?name=sunjianping&id=2048

一、物質磁性的起源

如果磁是電磁以太渦旋，一個磁鐵，沒看到任何電磁以太的渦旋，為什麼會有磁性？我們的回答是：物質的磁性起源於原子中電子的運動，電子的運動會產生一個電磁以太的渦旋。

早在1820年，丹麥科學家奧斯特就發現了電流的磁效應，第一次揭示了磁與電存在著聯系，從而把電學和磁學聯系起來。

為了解釋永磁和磁化現象，安培提出了分子電流假說。安培認為，任何物質的分子中都存在著環形電流，稱為分子電流，而分子電流相當一個基元磁體。當物質在宏觀上不存在磁性時，這些分子電流做的取向是無規則的，它們對外界所產生的磁效應互相抵消，故使整個物體不顯磁性。在外磁場作用下，等效於基元磁體的各個分子電流將傾向於沿外磁場方向取向，而使物體顯示磁性。

磁現象和電現象有本質的聯系。物質的磁性和電子的運動結構有著密切的關系。烏倫貝克與哥德斯密特最先提出的電子自旋概念，是把電子看成一個帶電的小球，他們認為，與地球繞太陽的運動相似，電子一方面繞原子核運轉，相應有軌道角動量和軌道磁矩，另一方面又繞本身軸線自轉，具有自旋角動量和相應的自旋磁矩。施特恩-蓋拉赫從銀原子射線實驗中所測得的磁矩正是這自旋磁矩。（現在人們認為把電子自旋看成是小球繞本身軸線的轉動是不正確的。）

電子繞原子核作圓軌道運轉和繞本身的自旋運動都會產生電磁以太的渦旋而形成磁性，人們常用磁矩來描述磁性。因此電子具有磁矩，電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。在晶體中，電子的軌道磁矩受晶格的作用，其方向是變化的，不能形成一個聯合磁矩，對外沒有磁性作用。因此，物質的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每個電子自旋磁矩的近似值等於一個波爾磁子 。 是原子磁矩的單位， 。因為原子核比電子重2000倍左右，其運動速度僅為電子速度的幾千分之一，故原子核的磁矩僅為電子的千分之幾，可以忽略不計。

孤立原子的磁矩決定於原子的結構。原子中如果有未被填滿的電子殼層，其電子的自旋磁矩未被抵消，原子就具有「永久磁矩」。例如，鐵原子的原子序數為26，共有26個電子，在5個軌道中除了有一條軌道必須填入2個電子（自旋反平行）外，其餘4個軌道均只有一個電子，且這些電子的自旋方向平行，由此總的電子自旋磁矩為4 。

二、 物質磁性的分類

1、 抗磁性

當磁化強度M為負時，固體表現為抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金屬具有這種性質。在外磁場中，這類磁化了的介質內部的磁感應強度小於真空中的磁感應強度M。抗磁性物質的原子（離子）的磁矩應為零，即不存在永久磁矩。當抗磁性物質放入外磁場中，外磁場使電子軌道改變，感生一個與外磁場方向相反的磁矩，表現為抗磁性。所以抗磁性來源於原子中電子軌道狀態的變化。抗磁性物質的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般約為-10-5，為負值。

2、 順磁性

順磁性物質的主要特徵是，不論外加磁場是否存在，原子內部存在永久磁矩。但在無外加磁場時，由於順磁物質的原子做無規則的熱振動，宏觀看來，沒有磁性；在外加磁場作用下，每個原子磁矩比較規則地取向，物質顯示極弱的磁性。磁化強度與外磁場方向一致，

為正，而且嚴格地與外磁場H成正比。

順磁性物質的磁性除了與H有關外，還依賴於溫度。其磁化率H與絕對溫度T成反比。

式中,C稱為居里常數，取決於順磁物質的磁化強度和磁矩大小。

順磁性物質的磁化率一般也很小，室溫下H約為10-5。一般含有奇數個電子的原子或分子，電子未填滿殼層的原子或離子，如過渡元素、稀土元素、鋼系元素，還有鋁鉑等金屬，都屬於順磁物質。

3、 鐵磁性

對諸如Fe、Co、Ni等物質，在室溫下磁化率可達10-3數量級，稱這類物質的磁性為鐵磁性。

鐵磁性物質即使在較弱的磁場內，也可得到極高的磁化強度，而且當外磁場移去後，仍可保留極強的磁性。其磁化率為正值，但當外場增大時，由於磁化強度迅速達到飽和，其H變小。

鐵磁性物質具有很強的磁性，主要起因於它們具有很強的內部交換場。鐵磁物質的交換能為正值，而且較大，使得相鄰原子的磁矩平行取向（相應於穩定狀態），在物質內部形成許多小區域——磁疇。每個磁疇大約有1015個原子。這些原子的磁矩沿同一方向排列，假設晶體內部存在很強的稱為「分子場」的內場，「分子場」足以使每個磁疇自動磁化達飽和狀態。這種自生的磁化強度叫自發磁化強度。由於它的存在，鐵磁物質能在弱磁場下強列地磁化。因此自發磁化是鐵磁物質的基本特徵，也是鐵磁物質和順磁物質的區別所在。

鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現出來，超過這一溫度，由於物質內部熱騷動破壞電子自旋磁矩的平行取向，因而自發磁化強度變為0，鐵磁性消失。這一溫度稱為居里點 。在居里點以上，材料表現為強順磁性，其磁化率與溫度的關系服從居里——外斯定律，

式中C為居里常數。

4、 反鐵磁性

反鐵磁性是指由於電子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自發磁化強度，電子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，電子磁矩反向排列。兩個子晶格中自發磁化強度大小相同，方向相反，整個晶體 。反鐵磁性物質大都是非金屬化合物，如MnO。

不論在什麼溫度下，都不能觀察到反鐵磁性物質的任何自發磁化現象，因此其宏觀特性是順磁性的，M與H處於同一方向，磁化率 為正值。溫度很高時， 極小；溫度降低， 逐漸增大。在一定溫度 時， 達最大值 。稱 為反鐵磁性物質的居里點或尼爾點。對尼爾點存在 的解釋是：在極低溫度下，由於相鄰原子的自旋完全反向，其磁矩幾乎完全抵消，故磁化率 幾乎接近於0。當溫度上升時，使自旋反向的作用減弱， 增加。當溫度升至尼爾點以上時，熱騷動的影響較大，此時反鐵磁體與順磁體有相同的磁化行為。

三、電子軌道磁矩與軌道角動量的關系

設軌道半徑為r (圓軌道)、電子速率為v

則軌道電流I：

電子的軌道磁矩

對處於氫原子基態的電子，
電子的軌道角動量(圓軌道)

L = mvr

式中m 為電子質量

由於電子帶負電，電子軌道磁矩與軌道角動量的關系是：

(此式雖由圓軌道得出，但與量子力學的結論相同)

在這里要特別強調指出的是：電子軌道磁矩與軌道角動量成正比。

四、電子自旋磁矩與自旋角動量的關系

實驗證明：電子有自旋(內稟)運動，相應有自旋磁矩大小為

自旋磁矩和自旋角動量 S 的關系：

在這里又要特別強調指出的是：電子自旋磁矩又與自旋角動量成正比。磁矩與角動量成正比不是偶然的。因為電子的角動量越大，它所帶動的電磁以太渦旋的角動量也越大，磁矩當然也就越大了。這也就從另一個側面印證了磁是以太的渦旋。
磁場
magnetic field
電流、運動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態的物質。由於磁體的磁性來源於電流，電流是電荷的運動，因而概括地說，磁場是由運動電荷或變化電場產生的。磁場的基本特徵是能對其中的運動電荷施加作用力，磁場對電流、對磁體的作用力或力矩皆源於此。
與電場相仿，磁場是在一定空間區域內連續分布的矢量場，描述磁場的基本物理量是磁感應強度矢量B ，也可以用磁力線形象地圖示。然而，作為一個矢量場，磁場的性質與電場頗為不同。運動電荷或變化電場產生的磁場，或兩者之和的總磁場，都是無源有旋的矢量場，磁力線是閉合的曲線族，不中斷，不交叉。換言之，在磁場中不存在發出磁力線的源頭，也不存在會聚磁力線的尾閭，磁力線閉合表明沿磁力線的環路積分不為零，即磁場是有旋場而不是勢場（保守場），不存在類似於電勢那樣的標量函數。
電磁場是電磁作用的媒遞物，是統一的整體，電場和磁場是它緊密聯系、相互依存的兩個側面，變化的電場產生磁場，變化的磁場產生電場，變化的電磁場以波動形式在空間傳播。電磁波以有限的速度傳播，具有可交換的能量和動量，電磁波與實物的相互作用，電磁波與粒子的相互轉化等等，都證明電磁場是客觀存在的物質，它的「特殊」只在於沒有靜質量。
磁現象是最早被人類認識的物理現象之一，指南針是中國古代一大發明。磁場是廣泛存在的，地球，恆星(如太陽)，星系（如銀河系），行星、衛星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場。為了認識和解釋其中的許多物理現象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。在現代科學技術和人類生活中，處處可遇到磁場，發電機、電動機、變壓器、電報、電話、收音機以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測量儀表等無不與磁現象有關。甚至在人體內，伴隨著生命活動，一些組織和器官內也會產生微弱的磁場。

電磁場
electromagnetic field

有內在聯系、相互依存的電場和磁場的統一體和總稱 。隨時間變化的電場產生磁場 ， 隨時間變化的磁場產生電場，兩者互為因果，形成電磁場。電磁場可由變速運動的帶電粒子引起，也可由強弱變化的電流引起，不論原因如何，電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。電磁場是電磁作用的媒遞物，具有能量和動量，是物質存在的一種形式。電磁場的性質、特徵及其運動變化規律由麥克斯韋方程組確定。

地磁場
geomagnetic field
從地心至磁層頂的空間范圍內的磁場。地磁學的主要研究對象。人類對於地磁場存在的早期認識，來源於天然磁石和磁針的指極性。磁針的指極性是由於地球的北磁極（磁性為S極）吸引著磁針的N極，地球的南磁極（磁性為N極）吸引著磁針的S極。這個解釋最初是英國W.吉伯於1600年提出的。吉伯所作出的地磁場來源於地球本體的假定是正確的。這已為1839年德國數學家C.F.高斯首次運用球諧函數分析法所證實。

地磁場是一個向量場。描述空間某一點地磁場的強度和方向，需要3個獨立的地磁要素。常用的地磁要素有7個，即地磁場總強度F，水平強度H，垂直強度Z，X和Y分別為H的北向和東向分量，D和I分別為磁偏角和磁傾角。其中以磁偏角的觀測歷史為最早。在現代的地磁場觀測中，地磁台一般只記錄H，D，Z或X，Y，Z。
近地空間的地磁場，像一個均勻磁化球體的磁場，其強度在地面兩極附近還不到1高斯，所以地磁場是非常弱的磁場。地磁場強度的單位過去通常採用伽馬（γ），即10高斯。1960年決定採用特斯拉作為國際測磁單位，1高斯＝10特斯拉（T），1伽馬＝10特斯拉＝1納特斯拉（nT），簡稱納特。地磁場雖然很弱，但卻延伸到很遠的空間，保護著地球上的生物和人類，使之免受宇宙輻射的侵害。
地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分，它們在成因上完全不同。基本磁場是地磁場的主要部分，起源於地球內部，比較穩定，變化非常緩慢。變化磁場包括地磁場的各種短期變化，主要起源於地球外部，並且很微弱。
地球的基本磁場可分為偶極子磁場、非偶極子磁場和地磁異常幾個組成部分。偶極子磁場是地磁場的基本成分，其強度約佔地磁場總強度的90％，產生於地球液態外核內的電磁流體力學過程，即自激發電機效應。非偶極子磁場主要分布在亞洲東部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等幾個地域，平均強度約佔地磁場的10％。地磁異常又分為區域異常和局部異常，與岩石和礦體的分布有關。
地球變化磁場可分為平靜變化和干擾變化兩大類型。平靜變化主要是以一個太陽日為周期的太陽靜日變化，其場源分布在電離層中。干擾變化包括磁暴、地磁亞暴、太陽擾日變化和地磁脈動等，場源是太陽粒子輻射同地磁場相互作用在磁層和電離層中產生的各種短暫的電流體系。磁暴是全球同時發生的強烈磁擾，持續時間約為1～3天，幅度可達10納特。其他幾種干擾變化主要分布在地球的極光區內。除外源場外，變化磁場還有內源場。內源場是由外源場在地球內部感應出來的電流所產生的。將高斯球諧分析用於變化磁場，可將這種內、外場區分開。根據變化磁場的內、外場相互關系，可以得出地球內部電導率的分布。這已成為地磁學的一個重要領域，叫做地球電磁感應。
地球變化磁場既和磁層、電離層的電磁過程相聯系，又和地殼上地幔的電性結構有關，所以在空間物理學和固體地球物理學的研究中都具有重要意義。

『柒』 核磁共振和電子自旋共振,二者實驗裝置非常不同,為什麼

電子自旋共振雖然原理類似於核磁共振，但由於電子質量遠輕於原子核，而有內強度大許多的磁容矩。以氫核(質子)為例，電子磁矩強度是質子的659.59倍。因此對於電子，磁共振所在的拉莫頻率通常需要透過減弱主磁場強度來使之降低。但即使如此，拉莫頻率通常所在波段仍比核磁共振拉莫頻率所在的射頻范圍還要高——微波，因而有穿透力以及對帶有水分子的樣品有加熱可能的潛在問題，在進行人體造影時則需要改變策略，所以二者實驗裝置非常不同

『捌』 什麼是磁體

一、物質磁性的起源

如果磁是電磁以太渦旋，一個磁鐵，沒看到任何電磁以太的渦旋，為什麼會有磁性？我們的回答是：物質的磁性起源於原子中電子的運動，電子的運動會產生一個電磁以太的渦旋。

早在1820年，丹麥科學家奧斯特就發現了電流的磁效應，第一次揭示了磁與電存在著聯系，從而把電學和磁學聯系起來。

為了解釋永磁和磁化現象，安培提出了分子電流假說。安培認為，任何物質的分子中都存在著環形電流，稱為分子電流，而分子電流相當一個基元磁體。當物質在宏觀上不存在磁性時，這些分子電流做的取向是無規則的，它們對外界所產生的磁效應互相抵消，故使整個物體不顯磁性。在外磁場作用下，等效於基元磁體的各個分子電流將傾向於沿外磁場方向取向，而使物體顯示磁性。

磁現象和電現象有本質的聯系。物質的磁性和電子的運動結構有著密切的關系。烏倫貝克與哥德斯密特最先提出的電子自旋概念，是把電子看成一個帶電的小球，他們認為，與地球繞太陽的運動相似，電子一方面繞原子核運轉，相應有軌道角動量和軌道磁矩，另一方面又繞本身軸線自轉，具有自旋角動量和相應的自旋磁矩。施特恩-蓋拉赫從銀原子射線實驗中所測得的磁矩正是這自旋磁矩。（現在人們認為把電子自旋看成是小球繞本身軸線的轉動是不正確的。）

電子繞原子核作圓軌道運轉和繞本身的自旋運動都會產生電磁以太的渦旋而形成磁性，人們常用磁矩來描述磁性。因此電子具有磁矩，電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。在晶體中，電子的軌道磁矩受晶格的作用，其方向是變化的，不能形成一個聯合磁矩，對外沒有磁性作用。因此，物質的磁性不是由電子的軌道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每個電子自旋磁矩的近似值等於一個波爾磁子 。 是原子磁矩的單位， 。因為原子核比電子重2000倍左右，其運動速度僅為電子速度的幾千分之一，故原子核的磁矩僅為電子的千分之幾，可以忽略不計。

孤立原子的磁矩決定於原子的結構。原子中如果有未被填滿的電子殼層，其電子的自旋磁矩未被抵消，原子就具有「永久磁矩」。例如，鐵原子的原子序數為26，共有26個電子，在5個軌道中除了有一條軌道必須填入2個電子（自旋反平行）外，其餘4個軌道均只有一個電子，且這些電子的自旋方向平行，由此總的電子自旋磁矩為4 。

二、 物質磁性的分類

1、 抗磁性

當磁化強度M為負時，固體表現為抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金屬具有這種性質。在外磁場中，這類磁化了的介質內部的磁感應強度小於真空中的磁感應強度M。抗磁性物質的原子（離子）的磁矩應為零，即不存在永久磁矩。當抗磁性物質放入外磁場中，外磁場使電子軌道改變，感生一個與外磁場方向相反的磁矩，表現為抗磁性。所以抗磁性來源於原子中電子軌道狀態的變化。抗磁性物質的抗磁性一般很微弱，磁化率H一般約為-10-5，為負值。

2、 順磁性

順磁性物質的主要特徵是，不論外加磁場是否存在，原子內部存在永久磁矩。但在無外加磁場時，由於順磁物質的原子做無規則的熱振動，宏觀看來，沒有磁性；在外加磁場作用下，每個原子磁矩比較規則地取向，物質顯示極弱的磁性。磁化強度與外磁場方向一致，

為正，而且嚴格地與外磁場H成正比。

順磁性物質的磁性除了與H有關外，還依賴於溫度。其磁化率H與絕對溫度T成反比。

式中,C稱為居里常數，取決於順磁物質的磁化強度和磁矩大小。

順磁性物質的磁化率一般也很小，室溫下H約為10-5。一般含有奇數個電子的原子或分子，電子未填滿殼層的原子或離子，如過渡元素、稀土元素、鋼系元素，還有鋁鉑等金屬，都屬於順磁物質。

3、 鐵磁性

對諸如Fe、Co、Ni等物質，在室溫下磁化率可達10-3數量級，稱這類物質的磁性為鐵磁性。

鐵磁性物質即使在較弱的磁場內，也可得到極高的磁化強度，而且當外磁場移去後，仍可保留極強的磁性。其磁化率為正值，但當外場增大時，由於磁化強度迅速達到飽和，其H變小。

鐵磁性物質具有很強的磁性，主要起因於它們具有很強的內部交換場。鐵磁物質的交換能為正值，而且較大，使得相鄰原子的磁矩平行取向（相應於穩定狀態），在物質內部形成許多小區域——磁疇。每個磁疇大約有1015個原子。這些原子的磁矩沿同一方向排列，假設晶體內部存在很強的稱為「分子場」的內場，「分子場」足以使每個磁疇自動磁化達飽和狀態。這種自生的磁化強度叫自發磁化強度。由於它的存在，鐵磁物質能在弱磁場下強列地磁化。因此自發磁化是鐵磁物質的基本特徵，也是鐵磁物質和順磁物質的區別所在。

鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現出來，超過這一溫度，由於物質內部熱騷動破壞電子自旋磁矩的平行取向，因而自發磁化強度變為0，鐵磁性消失。這一溫度稱為居里點 。在居里點以上，材料表現為強順磁性，其磁化率與溫度的關系服從居里——外斯定律，

式中C為居里常數。

4、 反鐵磁性

反鐵磁性是指由於電子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自發磁化強度，電子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，電子磁矩反向排列。兩個子晶格中自發磁化強度大小相同，方向相反，整個晶體 。反鐵磁性物質大都是非金屬化合物，如MnO。

不論在什麼溫度下，都不能觀察到反鐵磁性物質的任何自發磁化現象，因此其宏觀特性是順磁性的，M與H處於同一方向，磁化率 為正值。溫度很高時， 極小；溫度降低， 逐漸增大。在一定溫度 時， 達最大值 。稱 為反鐵磁性物質的居里點或尼爾點。對尼爾點存在 的解釋是：在極低溫度下，由於相鄰原子的自旋完全反向，其磁矩幾乎完全抵消，故磁化率 幾乎接近於0。當溫度上升時，使自旋反向的作用減弱， 增加。當溫度升至尼爾點以上時，熱騷動的影響較大，此時反鐵磁體與順磁體有相同的磁化行為。

三、電子軌道磁矩與軌道角動量的關系

設軌道半徑為r (圓軌道)、電子速率為v

則軌道電流I：

電子的軌道磁矩

對處於氫原子基態的電子，
電子的軌道角動量(圓軌道)

L = mvr

式中m 為電子質量

由於電子帶負電，電子軌道磁矩與軌道角動量的關系是：

(此式雖由圓軌道得出，但與量子力學的結論相同)

在這里要特別強調指出的是：電子軌道磁矩與軌道角動量成正比。

四、電子自旋磁矩與自旋角動量的關系

實驗證明：電子有自旋(內稟)運動，相應有自旋磁矩大小為

自旋磁矩和自旋角動量 S 的關系：

在這里又要特別強調指出的是：電子自旋磁矩又與自旋角動量成正比。磁矩與角動量成正比不是偶然的。因為電子的角動量越大，它所帶動的電磁以太渦旋的角動量也越大，磁矩當然也就越大了。這也就從另一個側面印證了磁是以太的渦旋。

『玖』 求：物理小故事，多多益善

古希臘的學者阿基米德曾豪情萬丈地宣稱：給我一個支點，我能撬動地球。而現代的美國發明家特士拉更是「牛氣」，他說：用一件共振器，我就能把地球一裂為二！
他來到華爾街，爬上一座尚未竣工的鋼骨結構樓房，從大衣口袋裡掏出一件小物品，把它夾在其中一根鋼樑上，然後按動上面的一個小鈕。數分鍾後，可以感覺到這根鋼梁在顫抖。慢慢地，顫抖的強度開始增加，延伸到整座樓房。最後，整個鋼骨結構開始吱吱嘎嘎
地發出響聲，並且搖擺晃動起來。驚恐萬狀的鋼架工人以為建築出現了問題，甚至是鬧地震了，於是紛紛慌忙地從高架上逃到地面。眼見事情越鬧越大，他覺得這個惡作劇該收場了，於是，把那件小物品收了回來，然後從一個地下通道悄悄地溜開了，留下工地上的那些驚魂甫定、莫名其妙的工人。
上面這一段是一本書中有關美國著名發明家特士拉進行共振器發明的描寫，裡面所說的「小物品」便是一個共振器。可以預見，若是他把這個小物品再開上那麼十來分鍾，這座建築物准會轟然倒地。書中說，用同樣的這個小物品，在一小時不到的時間內，也能把布魯克林大橋(連接紐約曼哈坦島和長島的大橋)摧毀，使之墜入幽深黑暗的海底。而且，在這本書里，特士拉甚至說：用這件小物品，我還能把地球一裂為二！
這該是一本科幻或者荒誕小說吧？否則，一件大不過拳頭、重不過幾斤的小東西，真的就有那麼厲害，能把一座巍然聳立的大樓甚至是一座巨無霸似的大橋震垮？它是一件什麼物品呢？
原來，它是一件共振器，它的威力主要在於它能發出各種頻率的波，這些不同頻率的波作用於不同的物體，就能夠相應地產生出一種共振波，當這種共振波達到一定程度時，就能使物體被摧毀。
如果你對共振的威力還有懷疑，那就讓我們一起來了解共振吧。
共振創造了世界
共振是物理學上的一個運用頻率非常高的專業術語。共振的定義是兩個振動頻率相同的物體，當一個發生振動時，引起另一個物體振動的現象。
共振在聲學中亦稱「共鳴」，它指的是物體因共振而發聲的現象，如兩個頻率相同的音叉靠近，其中一個振動發聲時，另一個也會發聲。
在電學中，振盪電路的共振現象稱為「諧振」。
產生共振的重要條件之一，就是要有彈性，而且一件物體受外來的頻率作用時，它的頻率要與後者的頻率相同或基本相近。從總體上來看，這宇宙的大多數物質是有彈性的，大到行星小到原子，幾乎都能以一個或多個固有頻率來振動。
共振不僅在物理學上運用頻率非常高，而且，共振現象也可以說是一種宇宙間最普遍和最頻繁的自然現象之一，所以在某種程度上甚至可以這么說，是共振產生了宇宙和世間萬物，沒有共振就沒有世界。
我們都知道，宇宙是在一次劇烈的大爆炸後產生的。而促使這次大爆炸產生的根本原因之一，便是共振。當宇宙還處於渾沌的奇點時，裡面就開始產生了振盪。最初的時候，這種盪振是非常微弱的。漸漸地，振盪的頻率越來越高、越來越強，並引起了共振。最後，在共振和膨脹的共同作用下，導致了一陣驚天動地的轟然巨響，宇宙在瞬間急劇膨脹、擴張，然後，就產生了日月星辰，於是，在地球上便有了日月經天、江河行地，也有了植物蓬勃葳蕤、動物飛翔騰躍。
共振不僅創造出了宏觀的宇宙，而且，微觀物質世界的產生，也與共振有著密不可分的干係。從電磁波譜看，微觀世界中的原子核、電子、光子等物質運動的能量都是以波動的形式傳遞的。宇宙誕生初期的化學元素，也可以說是通過共振合成和產生的。有一些粒子微小到簡直無法想像，但它們可以在共振的作用之下，在100萬億分之一秒的瞬間，互相結合起來，於是新的化學元素便產生了。因為宇宙中這些粒子的生成與共振有著如此密切的關系，所以粒子物理學家經常把粒子稱為「共振體」。
既然共振是宇宙間一切物質運動的一種普遍規律，人及其它的生物也是宇宙間的物質，當然共振也是普遍存在於這些生命中了。
人除了呼吸、心跳、血液循環等都有其固有頻率外，人的大腦進行思維活動時產生的腦電波也會發生共振現象。類似的共振現象在其它動物身上也同樣普遍地存在著。我們喉嚨間發出的每個顫動，都是因為與空氣產生了共振，才形成了一個個音節，構成一句句語言，才能使我們能夠用這些語言來表達我們的情感和進行社會交往。
許多動物身上還存在著其它一些形式的共振現象。炎熱的午間，蟬兒發出的「知了、知了」聲；寧靜的夜晚，蟋蟀發出的「嘰—嘶」聲；還有不知疲倦的大肚子蟈蟈的鳴叫聲，盡管這些昆蟲的聲調大不相同，但其中的共同之處都是藉助了共振的原理，都是靠摩擦身體的某一部位與空氣產生共鳴而發聲。除了昆蟲之外，鳥類也是巧妙地運用著共振來演奏生命之曲的大師，它們運用共振所發出的圓潤婉轉的鳴叫聲，是自然界生命大合唱中最為優美的聲部和旋律。因此，可以這么說，如果沒有共振，世界將會失去多少天籟、大地將會變得多麼死寂！
其實更為重要的是，共振能充當地球生物的保護神。我們知道，紫外線是太陽發出的一種射線，它們如果大舉入侵地球，人類及各種生物勢必遭受極大的危害，因為過量的紫外線會使生物的機能遭到嚴重的破壞。不過不用擔心，我們有大氣層中的臭氧層，是它們藉助於共振的威力，阻止了紫外線的長驅直入。當紫外線經過大氣層時，臭氧層的振動頻率恰恰能與紫外線產生共振，因而就使這種振動吸收了大部分的紫外線。所以，共振能使大氣中的臭氧層變得如防曬油一樣，保證我們不至於被射線的傷害。

另外，共振還能使地球維持在適當的溫度，給地球生命創造出一個冷熱適宜的生長環境。因為雖然經過臭氧層的堵截圍追，但仍有少部分紫外線能夠成功地突破層層防線，到達地球表面。這部分紫外線經過地球吸收後，能量減少，變為紅外線，擴散回大氣中。而紅外線的熱量，又恰好能和二氧化碳產生共振，然後被「挽留」在大氣層中，使大氣層保有一定溫度，讓萬物在溫暖和煦的環境中孕育成長。

俗話說萬物生長靠太陽，其實也可以這么說：萬物生長靠共振。因為我們所熟知的植物的光合作用，亦是葉綠素與某些可見光共振，才能吸收陽光，產生氧氣與養分。所以沒有共振，植物便不能生長，人類和許多動物也就因此會失去了食物的來源。也就是說，沒有共振，地球上的生命便不能長期存在。

共振還是一個善於使用色彩和色調的魔幻繪畫師，把我們所看到的每一件物體都神奇地染上了顏色，使我們這個世界變得五彩斑斕、艷麗繽紛。鈉光是黃的，因為鈉原子的振動產生所產生的是黃色的光。水銀原子的振動發出藍光。氖原子送出的振動到了你眼中，就成為了紅色。在地面，共振也把所有的物體都染上了各式各樣的顏色，從花卉到水果。紅蘋果把太陽光中我們稱為藍光和綠光的振動頻率吸收了，因此我們看到的它就是紅艷艷的、令人饞涎欲滴的樣子。綠葉中的葉綠素分子的振動頻率在太陽的紅光及藍光范圍，所以共振把這兩種顏色都「貪污」了，而只把綠的顏色反射入我們的眼裡，因此樹葉看上去便是生機盎然濃綠或嫩綠。也是這同一片葉子，到了秋天的時候，它被共振所「貪污」的卻是綠光，因而這時反射出的是或黃或紅的色彩，映襯出秋天的蒼涼和凄美。就是那種很虛幻的彩虹也是因為有了共振，才有了赤橙黃綠青藍紫。因此，我們的生活中有著如此美麗迷人的花紅柳綠、斑斕爛漫，也無不是拜共振之所賜。

共振亦能毀滅世界

任何事物都是有兩面性的，共振並非完完全全都是給我們帶來福音，它也有著非常巨大的危害性。

說到共振的危害時，人們最為熟知和引用得最多的，便是下面這個例子：18世紀中葉，一隊士兵在指揮官的口令下，邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐，通過法國昂熱市一座大橋，快走到橋中間時，橋梁突然發生強烈的顫動並且最終斷裂坍塌，造成許多官兵和市民落入水中喪生。後經調查，造成這次慘劇的罪魁禍首，正是共振！因為大隊士兵齊步走時，產生的一種頻率正好與大橋的固有頻率一致，使橋的振動加強，當它的振幅達到最大限度直至超過橋梁的抗壓力時，橋就斷裂了。類似的事件還發生在俄國和美國等地。有鑒於此，所以後來許多國家的軍隊都有這么一條規定：大隊人馬過橋時，要改齊走為便步走。

對於橋梁來說，不光是大隊人馬厚重整齊的腳步能使之斷裂，那些看似無物的風兒同樣也能對之造成威脅。1940年，美國的全長860米的塔柯姆大橋因大風引起的共振而塌毀，盡管當時的風速還不到設計風速限值的1/3，可是因為這座大橋的實際的抗共振強度沒有過關，所以導致事故的發生。每年肆虐於沿海各地的熱帶風暴，也是藉助於共振為虎作倀，才會使得房屋和農作物飽受摧殘。近幾十年來，美國及歐洲等國家和地區還發生了許多起高樓因大風造成的共振而劇烈搖擺的事件。

也是由於共振的力量，巨大的冰川能被「溫柔」的海洋波濤給拍裂開。甚至於美國阿拉斯加李杜牙灣經常出現的高達上百米的巨浪，也是由於共振在其中發揮了很大的「推波助瀾」的作用。因為共振在這個海灣「作威作福」實在是太厲害了，所以許多航海人對這個海灣都是「敬」而遠之。

給人類帶來重大傷亡和財產損失的地震，其中亦有共振的「幢幢魔影」：當地殼里的某一板塊發生斷裂時，產生的波動頻率傳到地面上，與建築物產生強烈的共振，於是，就造成了屋毀人亡的慘劇。

實際上，共振的危害程度和范圍還無遠遠不止於此。持續發出的某種頻率的聲音會使玻璃杯破碎。機器的運轉可以因共振而損壞機座。高山上的一聲大喊，可引起山頂的積雪的共振，頃刻之間造成一場大雪崩。行駛著的汽車，如果輪轉周期正好與彈簧的固有節奏同步，所產生的共振就能導致汽車失去控制，從而造成車毀人亡……

人們在生活和生產中會接觸到各種振動源，這些振動都可能會對人體產生危害。由科學測試知道人體各部位有不同的固有頻率，如眼球的固有頻率最大約為60赫茲，顱骨的固有頻率最大約為200赫茲等；把人體作為一個整體來看，如水平方向的固有頻率約為3—6赫茲,豎直方向的固有頻率約為48赫茲。因此，跟振動源十分接近的操作人員，如拖拉機駕駛員，風鎬、風鏟、電鋸、鎦釘機的操作工，在工作時應盡量避免這些振動源的頻率與人體有關部位的固有頻率產生共振。並且，為了保障工人的安全與健康，有關部門己作出了相應規定，要求用手工操作的各類振動機械的頻率必須大於20赫茲。

對人危害程度尤為厲害的是次聲波所產生的共振。次聲波是一種每秒鍾振動很少、我們耳朵聽不到的聲波。次聲波的聲波頻率很低，一般均在20兆赫以下，波長卻很長，不易衰弱。自然界的太陽磁暴、海浪咆哮、雷鳴電閃、氣壓突變、火山爆發；軍事上的原子彈、氫彈爆炸試驗，火箭發射、飛機飛行等等，都可以產生次聲波。在我們工作、學習和生活的周圍，能夠產生次聲波的小型動力設備很多，如鼓風機、引風機、壓氣機、真空泵、柴油機、電風扇、車輛發動機等。次聲波的這種神奇的功能也引起了軍事專家的高度重視，一些國家利用次聲波的性質進行次聲波武器的研製，目前已研製出次聲波槍和次聲波炸彈。不論是次聲波槍還是次聲波炸彈，都是利用頻率為16—17赫茲的次聲波，與人體內的某些器官發生共振，使受振者的器官發生變形、位移或出血，從而達到殺傷敵方的目的。現代科學研究已經證明，大量發射的頻率為16—17赫茲的次聲波會引起人體無法忍受的顫抖，從而產生視覺障礙、定向力障礙、惡心等症狀，甚至還會出現可導致死亡的內臟損壞或破裂。這種次聲波武器可以說是人類運用共振來危害人類自己的一種技術上的極致。

巧除共振的危害

共振給人們帶來意想不到的災難，那麼，人們能不能消除這些災難呢？為此，人們經過實踐，總結出許多消除共振的辦法。

據史籍記載，我國晉代就有人對共振現象作出了正確的解釋，並已經能夠完全認識到，防止共振的最好的方法是改變物體的固有頻率，使之與外來作用力的頻率相差越大越好。

古時還有一個有趣的故事，說的就是人們如何巧妙地消除共振的。唐朝時候，洛陽某寺一僧人房中掛著的一件樂器，經常莫名其妙地自動鳴響，僧人因此驚恐成疾，四處求治無效。他有一個朋友是朝中管音樂的官員，聞訊特去看望他。這時正好聽見寺里敲鍾聲，那件樂器又隨之作響。於是朋友說：你的病我可以治好，因為我找到你的病根了。只見朋友找到一把鐵銼，在樂器上銼磨幾下，樂器便再也不會自動作響了。朋友解釋說這件樂器與寺院里的鍾聲的共振頻率相合，於是敲鍾時樂器也就會相應地鳴響，現在把樂器稍微銼去一點，也就改變了它的固有振動頻率，它就不再能和寺里的鍾聲共鳴了。僧人恍然大悟，病也就隨著痊癒了。

到了今天，人類對付共振危害的方法更是多種多樣和更加先進。例如：人們在電影院、播音室等對隔音要求很高的地方，常常採用加裝一些海綿、塑料泡沫或布簾的辦法，使聲音的頻率在碰到這些柔軟的物體時，不能與它們產生共振，而是被它們吸收掉。又如電動機要安裝在水泥澆注的地基上，與大地牢牢相連，或要安裝在很重的底盤上，為的是使基礎部分的固有頻率增加，以增大與電機的振動頻率(驅動力頻率)之差來防止基礎的振動。

大街上的行人、車輛的喧鬧聲、機器的隆隆聲——這些連綿不斷的雜訊不僅影響人們正常生活，還會損害人的聽力。於是人們發明了一種消聲器，它是由開有許多小孔的孔板和空腔所構成，當傳來的雜訊頻率與消聲器的固有頻率相同時，就會跟小孔內空氣柱產生劇烈共振。這樣，相當一部分雜訊能在共振時被「吞吃」掉，而且還能夠轉變為熱能來進行使用。

利用共振能帶來福祉

實際上，中國人對於共振的運用，還可以追溯到很久遠的年代。

早在戰國初期，當時的人就發明了各種各樣的共鳴器，用來偵探敵情。《墨子·備穴》記載了其中的幾種：

在城牆根下每隔一定距離挖一深坑，坑裡埋置一隻容量有七八十升的陶瓮，瓮口蒙上皮革，這樣，實際上就做成了一個共鳴器。讓聽覺聰敏的人伏在這個共鳴器上聽動靜，遇有敵人挖地道攻城的響聲，不僅可以發覺，而且根據各瓮瓮聲的響度差可以識別來敵的方向和遠近。另一種方法是：在同一個深坑裡埋設兩只蒙上皮革的瓮，兩瓮分開一定距離，根據這兩瓮的響度差來判別敵人所在的方向。

以上幾種方法被歷代軍事家因襲使用。明代抗倭名將戚繼光曾用上面的方法來偵聽敵人鑿地道的聲音。甚至在本世紀的一些現代戰爭中，不少國家和民族還繼續採用這些方法。

我國古時還發明出了另一種更加輕巧、簡便、實用的共鳴器。如唐代的軍隊中就有一種用皮革製成的叫做「空胡鹿」的隨軍枕，讓聽覺靈敏和睡覺警醒的戰士在宿營時使用，「凡人馬行在三十里外，東西南北皆響聞」。當聲音通過地面傳播到空穴時，在空穴處產生交混回響，於是就能知道敵人的多寡遠近。值得一提的是，這種用竹筒聽地聲的方法正是現代醫用聽診器的濫觴。

宋代的科學家沈括就曾巧妙地利用共振原理設計出了在琴弦上跳舞的小人：先把琴或瑟的各弦按平常演奏需要調好，然後剪一些小小的紙人夾在各弦上。當彈動不夾紙人的某一弦線時，凡是和它共振的弦線上的紙人就會隨著音樂跳躍舞動。這個發明比西方同類發明要早幾個世紀。

到了現代，隨著科技的發展和對共振研究的更加深入，共振在我們的社會和生活中「震盪」得更為頻繁和緊密了。

弦樂器中的共鳴箱、無線電中的電諧振等，就是使系統固有頻率與驅動力的頻率相同，發生共振。我們在建築工地經常可以看到，建築工人在澆灌混凝土的牆壁或地板時，為了提高質量，總是一面灌混凝土，一面用振盪器進行震盪，使混凝土之間由於振盪的作用而變得更緊密、更結實。此外，粉碎機、測振儀、電振泵、測速儀等，也都是利用共振現象進行工作的。

進入20世紀以後，微波技術得到長足的發展，使我們人類的生活進入了一個全新的、更加神奇的領域。而微波技術正是一種把共振運用得非常精妙的技術。微波技術不僅廣泛應用在電視、廣播和通訊等方面，而且「登堂入室」，與人們的日常生活愈來愈密切相關，微波爐便是家庭應用共振技術的一個最好體現。具有2500赫茲左右頻率的電磁波稱為「微波」。食物中水分子的振動頻率與微波大致相同，微波爐加熱食品時，爐內產生很強的振盪電磁場，使食物中的水分子作受迫振動，發生共振，將電磁輻射能轉化為熱能，從而使食物的溫度迅速升高。微波加熱技術是對物體內部的整體加熱技術，完全不同於以往的從外部對物體進行加熱的方式，是一種極大地提高了加熱效率、極為有利於環保的先進技術。

人的一生中，離不開音樂的「沐浴」和「滋潤」，而優美曼妙的音樂里也無不蘊藏著共振的「精靈」。專家研究認為，音樂的頻率、節奏和有規律的聲波振動，是一種物理能量，而適度的物理能量會引起人體組織細胞發生和諧共振現象，這種聲波引起的共振現象，會直接影響人們的腦電波、心率、呼吸節奏等，使細胞體產生輕度共振，使人有一種舒適、安逸感，音律的變化使人的身體有一種充實、流暢的感覺。它活化了體內的細胞，加快了血液的流動，激活了人的物理層次的生命潛能。人們還發現，當人處在優美悅耳的音樂環境中，可以改善精神系統、心血管系統、內分泌系統和消化系統的功能，促使人體分泌一種有利健康的活性物質，提高大腦皮層的興奮性，振奮人的精神，讓人們的心靈得到了陶冶和升華。所以，人們已經開始運用音樂產生的共振，來緩解人們由於各種因素造成的緊張、焦慮、憂郁等不良心理狀態，而且還能用於治療人的一些心理和生理上的疾病。

我們知道，粒子加速器對於物理學的研究和發展是至關重要的，而粒子加速器對於共振的運用，用「登峰造極」來形容也一點不為過。在粒子物理的基本小宇宙中，每一種能量都有對應的頻率，反之亦然，這是很自然的物質互補原理，既有波又有粒子的特性。物質因為具有波的性質，也就有了頻率。粒子加速器就是運用了這樣的共振原理，把許多小小的「波紋」迭加起來，結果變成很大的「波峰」，可把電子或質子推到近乎光速，在高速的相撞下產生粒子來。

總而言之，共振不僅是一種客觀存在，它也是有待於進一步開拓的科技領域。共振技術普遍應用於機械、化學、力學、電磁學、光學及分子、原子物理學、工程技術等幾乎所有的科技領域。如音響設備中揚聲器紙盆的振動，各種弦樂器中音腔在共鳴箱中的振動等利用了「力學共振」；電磁波的接收和發射利用了「電磁共振」；激光的產生利用了「光學共振」；醫療技術中則有已經非常普及的「核磁共振」等。在21世紀開始的正在蓬勃發展的信息技術、基因科學、納米材料、航天高科學技術大發展的浪潮中，更是大量運用到共振技術。而且隨著科學的發展，可以預見，共振將會對我們這個社會產生更加巨大的「震盪」。
參考資料：妖瑤咬要
回答者： Dyemn - 高級經理 七級 1-22 16:58

『拾』 環境樣品磁性測量

環境樣品磁性測量比較復雜，有的要在實驗室外加強磁場測量人工剩磁，除此之外是測量樣品的天然剩磁和磁化率。在古地磁研究中，還需要確定磁化強度的穩定性、居里點、飽和磁化強度和矯頑磁力。

4.4.2.1 環境樣品磁化率測量

環境樣品類似於土壤樣品，不研究樣品的磁化方向。

環境樣品在外磁場中受感應，產生的磁化強度（M）與外加磁場（H）的比值（κ）稱樣品的磁化率。

環境地球物理學概論

環境樣品的磁化率，可用體積磁化率（κ）和質量磁化率（χ）表示，兩者的關系為

環境地球物理學概論

式中：ρ為物質的密度，g/cm³，χ單位記作SI（χ），m³/kg；它與CGS制的關系為χ（SI）=4π×10^-3χ（CGSM）。

岩石或者環境樣品的磁化率都是外加磁場的函數，只是在弱磁場中（即地磁場中），這種磁化才可以看成是線性的。在地球科學研究中，不僅研究岩石磁化率的數值，而且要研究磁化的方向性。

岩石或樣品的磁性測量，原則上講，凡能測量磁場分量的磁力儀，如懸絲式磁力儀，無定向磁力儀，磁通門磁力儀和卡帕橋等，都可以用來測量磁化率。只是所能達到的精度不同而已。

從測量方法來講，測量岩石（或樣品）磁性的方法主要有靜態法和磁感應法。無定向磁力儀測量屬靜態法，激勵場源為穩定場，卡帕橋測量屬感應法，激勵場源為交變場。其他測量方法，基本上由此派生。無定向磁力儀，靈敏度高（可達10^-8），但對場地環境要求嚴格，受干擾因素較多，現在已經很少應用。

（1）卡帕橋儀磁化率測量方法

在地磁場中測量樣品磁性，是比較方便的常用的磁感應方法。常用的儀器有捷克的KLY-1型，KLY-2型和KLY-3型以及我國的HKB-1型，KLY-2型和KLY-3型為數字式讀數。主要用於測量岩石的磁化率。

儀器（以KLY-1型為例）主要由交流電橋組成，橋路由四個線圈S、S′、W₁、W₂構成四臂，如圖4.4.1所示，S為測量線圈，測量樣品放入其中；S′為平衡線圈，內有小的鐵氧體，可上下移動，調節電橋的平衡，W₁、W₂是差動變壓器的兩個次級繞組；圖中Am₁、Am₂、Am₃為放大器；Dm為檢波器，G為970Hz交變電壓，M₁、M₂為讀數顯示裝置。

打開儀器，在樣品放入測量線圈之前，先要使用電位器P，調節電橋平衡，樣品放入S後，電感增大，電橋失衡，再調節分壓器Dr和電位器B，使電橋重新達到平衡，可以讀出磁化率值。

測量之前要做好樣品，環境樣品准備與土壤樣品准備類似，將風干之後的顆粒樣品放入高4 cm，直徑7～8 cm的無磁性材料製成的容器，一般為塑料或玻璃容器。裝填要均勻，表面要平整，並稱重量，記錄容積。

圖4.4.1 Kly-1型卡帕橋原理圖

（2）磁通門儀磁化率測量法

使用的儀器為WCL-1型輕便磁化率測量儀，可以測量樣品，也可現場測量，儀器為率表讀數，測量范圍為10×10^-6CGSM～3CGSM，解析度為5×10^-6CGSM。測量樣品一般裝入高4 cm，直徑為7～8 cm的塑料或玻璃盒內，進行測量。

4.4.2.2 天然剩磁測量方法

天然剩磁的測量儀器現在應用的主要是磁能門磁力儀，美國的DSM-1，2型數字旋轉式儀，美國的Mini-Spin和WSW型無定向磁力儀。其中旋轉式磁力儀應用較多。

旋轉磁力儀的原理是在線圈內或磁通門系統附近磁化樣品，連續旋轉所產生交變電壓振盪。輸出電壓的振幅正比於旋轉軸垂直的磁矩分量，而電壓的相位則利用被測分量的方向與樣品的參考方向之間的關系來確定。總矢量可由樣品繞第二個正交軸旋轉得到，實際上是樣品依次繞三個軸旋轉以取得NRM所有分量的平均值，從而減少樣品的非均勻性的影響。當標本繞z軸旋轉時，可測得標本總磁矩U在xOy平面上的投影U_xy的大小及與x軸的夾角φ_yz與φ_zx，整理得標本的磁矩U_y和剩餘磁化強度M_r。

環境地球物理學概論

由測得的相位角可計算M_r的偏角和傾角。

磁化率儀在測定岩石標本時，將標本放在有電流的線圈旁，由於磁感應能量的變化而產生附加電動勢，從而測定岩石磁化率。磁化率儀只能測定岩石的磁化率，但測定快速方便，因而應用較廣。