地磁场的产生原因和影响Word文档下载推荐.docx

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存在有电力的空间称为电场，存在有磁力的空间称为磁场，存在有引力的空间称为引力场。

在研究电荷之间的相互作用时，电荷对电荷的相互作用力，并不需要电荷之间的直接接触，于是认为电荷能够在其周围空间产生一种特殊的物质——电场，因此，把电场当作是一种特殊的物质，从物理学意义上讲，“力”指的是物体之间的一种相互的作用，那么，物体与物体之间的相互作用怎么能够称为是一种“特殊的物质”呢？

显然，把“场”描述为是一种特殊的物质是不合适的。

这是“科学概念”的发展过程中不完善遗留下来的问题。

在自然界中，电荷能够对其它电荷产生作用力，是因为它能够向外发射一种人们看不见的“高速的带电物质流”，这种“高速的带电物质流”与其它电荷发生碰撞能够使其受到作用力，这是一种特殊的物质，我们把它称为“电场作用线”，因为，它能够产生“电力效应”，因此，又可以把它简称为电力线。

因此，我们对“场”（或者是作用场）的定义是：

“作用场”是指明显存在有“场作用线”的空间，它是一个特殊的空间。

那么：

明显存在有电力线的空间称为是电场；

明显存在有磁力线的空间称为是磁场，明显存在有引力线的空间称为是引力场。

2、“作用场的组成要素”有两个：

即场源和场作用线。

3、过去认为：

“一切磁现象都是由电流引起的”，如今应该调整为，“一切磁现象都是由电力线横向位移而产生的”，它是电力线在空间横向位移而体现出来的物质形态。

4、自然界中物质的存在形态

在自然界中，物质存在的基本形态有三种：

实物、能量粒子、场作用线。

实物是指由原子、分子和基本粒子以及它们的聚集态而组成的客观实体；

能量粒子是指从实体上发射出来的以光速运动的电中性的物质微粒；

场作用线是指从客观实体上发射出来以光速运动的带电的物质流；

（参见《场作用线位移理论》之讨论）

二、单电子绕核产生的磁矩

在自然界中，电子是带最小电量的微粒，称为元电荷，它能够向外发射负电性的电力线，当电子在原子核外做平面式的圆周运动时，由于圆周电力线的条数和横向位移的速度都大于圆周的，因此，在单电子轨道平面的垂直方位上，能够显示出磁性，磁力线方向是圆周外围的磁力线方向，这称为单电子轨道的磁矩。

其产生机理如下图所示，电子在原子核外沿顺时针方向做平面圆周的绕核运动，由于电子外围电力线的横向位移，产生的磁力线方向是：

在圆周外围磁力线方向是穿出纸面，在圆周部磁力线是穿入纸面，其强度是外磁力线强度之差，即显示的是圆周外围的磁力线方向，这是单电子轨道产生的磁矩，如图（1—1）所示。

三、单电子轨道产生的磁场

单电子绕核不仅能够产生磁矩，同时在它的绕核圆周上能够产生一种“管道式的磁场”，磁场是指明显存在有磁力线的空间（区域），因此，“管道式的磁场”的管道壁是由磁力线组成的，这种磁力场称为是微观磁力场——“微场”，它的产生机理是：

如图（1—2）所示，电子直线运动时，由于负电性电力线的横向位移产生的磁是以运动线径为圆心的同心圆，这些同心圆的疏密程度与同心圆的半径平方成反比（图b），从侧面看，这种磁力线组成的很像一个“短式弹簧”（图a）。

当电子在原子核外以极小半径做绕核运动时，产生的磁就是以“短式弹簧”为基础，划过一周而形成的形状，很像一个圈成圆周的圈簧，这是存在于绕核圆周上的微观磁力场。

可见，单电子绕核，不仅能够产生“单电子轨道磁矩”，而且，还能够产生一个“微观磁力场”。

（注：

在过去的研究中，由于电力线和磁力线这些场作用线是看不见的，所以理论上认为它们是不存在的，给微观运动的研究带来了困难，同时也制约了科学的发展，因此，电场作用线的发现，是人类科学发展史上的一个伟大的进步。

本文笔者之所以讨论电子绕核产生的“磁矩”和“微观磁力场”，是因为“磁矩”是一切磁体对外显示磁性的根本，而“微观磁力场”能够对其它绕核电子产生磁力束缚作用而形成一个“双电子轨道”，不论是“微观磁力场”还是“双电子轨道”都是前人尚未知晓的客观存在，属于重大的科学发现！

“双电子轨道”是两个电子在同一个微场平面沿相反方向绕核而形成的电子轨道，由于两个电子沿相反方向绕核，它们能够产生两个相反的磁矩，相互抵消，也就是说，“双电子轨道”对外则不能够显示出磁性。

关于双电子轨道的产生机理，请参见《双电子轨道理论》之探讨。

）

四、铁原子的微场结构形态

在原子结构中，原子核位于原子的中心，电子绕核能够形成“单电子轨道”和“双电子轨道”，它们都具有确定的平面，在原子核外能够沿着一个确定的轴线而定轴交叉，这样的结构称为原子的微场结构形态，简称为“微场模式”，“微场模式”的发现，对于研究原子结构和分子结构，具有非常重要的意义。

在“微场模式”中，“微场”磁力线具有横向位移特点，因此，它对正电荷具有排斥作用，微场与微场之间也是相互排斥的，这样，电子在原子核外分层排布，实际上就是微场的分层排布，每层的电子轨道是四个微场平面的定轴交叉，随着原子半径的增大，层轨道能够出现叠交的状况而形成“过渡性元素”，在叠交轨道中，如果存在一个“单电子轨道”，它对外就能够显示出直线式的磁性，既它的磁力线是直线的，如果存在两个“单电子轨道”，对外则能够显示出“曲线磁性”，既它的磁力线是曲线的。

在铁的原子结构中，原子的层电子就存在两个“单电子轨道”，如果铁与硅形成合金，则称为“矽钢”，层两个单电子轨道仍然存在，层原子实对外显示出曲线磁性，在外加磁场的作用下，能够随着外加磁场的变化而“受迫运动”，因此，它可以用来制作电动机和变压器的铁芯，如果铁与碳形成合金，铁原子的层有一个“单电子轨道”与碳原子形成双电子轨道，双电子轨道像“橡皮筋”一样，把层原子实“捆绑”，此时，层原子实是一个直线的磁球，在外加强磁场在作用下，能够与外加磁场方向一直而被磁化，当外加磁场撤消以后，磁性仍然存在，显示出硬磁性材料特征，如果铁与铬以8：

1的比例形成合金，层两个“单电子轨道”与铬形成了“捆绑”，其捆绑强度一般不能够被酸或碱破坏，则成为“不锈钢”材料，此时，如果完全没有单电子轨道时，这种不锈钢是不能够被磁化的，也不能够被磁铁吸引。

在铁原子的结构中，外层电子有两个，是两个单电子轨道，如图（1—3a）所示。

铁原子的层电子是4ｘ2式叠交轨道，也就是说，层电子轨道是四个平面的定轴交叉，其中有两个双电子轨道与双电子轨道的叠交，分别占00和900方位，有一个双电子轨道和一个单电子轨道的叠交，占450和1350，如图（b）所示。

因为，铁原子层存在两个叠交式的单电子轨道，因此，对外显示两个单位的曲线磁，如图（d）所示。

在一氧化铁的氧化物中，铁元素的外层两个电子与氧原子形成双电子轨道，层电子没有参与化合，此时，铁原子的原子实是曲线的磁性，如图（1—3d）所示，而在三氧化二铁中，铁原子除了外层两个电子参与化学键以外（形成绕两个原子旋转的双电子轨道），层有一个电子也参与了化学键，（双电子轨道像橡皮筋，从层与外面的原子形成了捆绑），此时的铁原子是三价的，层还存在一个叠交式的单电子轨道，对外显示的是直线磁，图中虚线所示，在四氧化三铁中，它是一氧化铁和三氧化二铁的合成，对外显示出一个单位的直线磁和两个单位的曲线磁，是天然的永磁体。

在化学元素周期表中，第四周期除了铁原子之外，还有钴和镍，它们的层也存在有叠交式的单电子轨道，不论是4ｘ2式，还是3ｘ3式的，对外都能够显示出固有的磁性，因此，含有这些元素的的合金或者是化合物，在外加磁场的作用下，能够被磁化而显示出铁磁性特点，如果一些过渡性元素与氧原子形成化合物以后，其层存在有单电子轨道，这些都属于铁磁性材料。

五、地磁场的产生原因

科学研究表明，地球的部有一个很大很大的铁质地核，不论它是合金态的铁还是氧化态的铁，其原子的层电子都存在有“叠交式的单电子轨道”，对外能够显示出其固有的磁性，这就是地磁，由于它处于地球的中心部位，质量很大，其磁性也很强，因此，地磁场的磁力线可以分布在整个地球的部和地球的外部空间，这些磁力线是看不见的物质存在，在地球的表层附近，一些带有磁性的矿石，它们在自己的运动中或者是它们在自己的沉降过程中，要受到地磁场的作用，根据同名磁极排斥，异名磁极吸引的原理，其磁极方向也就会与地磁场方向相反，并不是什么地磁场的磁极倒转。

在地球外围接近地面的区域，地磁场的磁力线受到地面下磁性物质的影响，其磁力线的随地理位置的不同而有差异。

地磁场产生的原因和影响（中） 

关于地磁场的产生原因，目前，科学理论上还没有一个统一的说法，但是对于磁性的产生原因，比较公认的说法是：

根据这个道理，许多学者认为地磁场是由地下电流引起的，那么，维持地下电流的条件是什么？

其实，地磁是地球中心的铁质地核对外显示的，铁核本身就具有磁性，而这个磁是由铁的原子结构决定的，目前，微观的力学理论还存在有相当的问题，电子云理论是想像力的产物，本质上是不存在的东西，所以，有时候物理理论的发展能够促进化学理论的变革，同时，化学现象又能够引证物理物理理论，比如，在各种作用场中，存在有看不见的场作用线，这些场作用线的发现和描述，就能够促进科学的发展，同时也可以用它来解释一些客观的现象，就需要我们去正确的对待它。

六、地磁场的磁力线分布

在地球的部，由于存在一个质量很大的铁核，能够对外显示出电磁性，因此，在地球的表面和外围空间，存在有人们看不见的地磁场磁力线，其分布特征与“条形磁铁”外围的磁力线相似，离地面越远，其电磁场的磁力线分布越稀疏。

然而，地球并不是静止的，而是以一定的速度绕日“公转”，因此，电磁场的磁力线在地球运动的前方，存在“拉位性”磁力线密集，在地球半径的11倍的高层空间，磁力线密集的程度尤为集中，这是人造卫星探测到的，被科学家们称为是磁层，而在地球运动的后方，也存在“拉位性”磁力线疏散，被科学家们称为是磁尾，其边沿目前还没有测定清楚。

在地磁场的南北两极，像条形磁铁一样，是磁力线最为密集的地方，磁力线的密度最大，磁场强度最强烈，所以，来自太阳风中的带电粒子在这里就会发生很大程度的偏转，与空气分子发生碰撞造成空气分子发生电离的几率也就比其它地方大的多，这些被电离的空气分子再结合为分子时，就会向外发射出光子，这就是极光，因此，当太阳发生耀斑时，大量的带电粒子通过地球北极时，就会形成颜色斑斓的极光，尤其是在夜晚，颜色更为鲜艳夺目，白天也是可以产生激光的，只是白天受太的影响，不容易看到罢了。

下图是地球外围磁力线的图示和一组北极光的照片，去请读者欣赏

七、地磁场的磁极方向

电磁场的磁极方向按道理不需要在这里介绍，因为，在初中物理里面就有介绍，地磁场的N极在地理南极的附近，电磁场的S极在地理北极附近，并且随时间的流逝而移动着。

地磁场磁力线与地轴的夹角称为磁偏角，各地磁偏角的大小与它所在的地理位置有关，有些地方大一些，有些地方小一些。

此外，由于太阳风中的带正电粒子进入地球磁层以后，要受到偏向东的“洛仑兹力”在作用而发生偏转，根据牛顿第三运动定律，物体之的力都是相互的，所以，地磁场能够受到带电粒子偏向西的反作用力，因此，地磁场就会向西而偏转，表现在客观上就是地磁极的迁移。

在上文的讨论中，我们说地磁场的产生原因是地球部有一个质量很大的铁质地核，由于铁元素的层存在有叠交式的“单电子轨道”，对外能够显示出固有的磁性，这种磁包括直线磁和曲线磁，所以，在地球表层附近，带磁性的含铁矿石，它们的自由态或者是在沉降的过程中，由于受到地磁场的作用，其磁性方向与地磁场的方向相反，所以，一些学者认为这是地磁的倒转，实际上，这是一种误解，地球在若干年的运动过程中，地磁场是不会发生磁极倒转的，因为，没有这样的外因条件，也没有这样的因基础。

八、地磁层存在的意义

人类生活在地球上，对地磁层是近代人造地球卫星出现以后才测定到的，那么，地磁层的存在对人类的存在有什么意义呢？

第一、它保护了地球大气的存在，不被太阳风吹跑！

地球外围有一层厚厚的大气，而太阳每时每刻地向外发射着太阳风，太阳风的成分包括：

带电粒子（带正电的粒子和带负电的离子）、能量粒子（可见光、红外线、紫外线、X射线等）和电中性的中子，其中带电粒子对空气分子的碰撞力最大，像彗星运动到太阳附近一样，彗星上的物质会沿着太阳风的方向被吹走，为什么地球上的空气不被吹跑呢？

这就是地磁层存在的第一个意义。

大家知道，带电粒子在磁场中会受到磁场的作用而发生偏转，这种力称为“洛仑兹力”，其方向可以用左手去判定：

伸出左手，让大拇指与其余四指垂直在同一个平面，手心对准磁场北极，四指指向正电荷运动的方向，那么，大拇指所指的方向，就是正电荷受力的方向。

根据这个判定，太阳风中带正电的粒子进入地球磁层以后，会受到洛仑兹力而想东偏转，带负电的离子受到洛仑兹力会向西运动，由于它们受到地磁场的作用力而发生了偏转，不能够直线运动去吹动地球上的大气，所以，保护了地球大气的存在，同时，也保护了水分的存在，因为，水能够蒸发而成为气体，如果被太阳风吹走，地球上的生命就不存在了，人类也就不存在了。

月球上之所以没有空气，是因为它没有比较强的月球磁层，并不是它的引力小而吸引不住空气！

第二、它保护了地球生命体不受伤害

在太阳风的辐射中，对生命体能够造成直接伤害的还是各种带电粒子，由于这些带电粒子受到地球磁层的作用而发生偏转，不能够直接射到地面上来，因此，它保护了地球上的生命体，同时也保护了人类。

第三、它保护了地球上的一些用电器

在太阳风的辐射物中，仍然是带电粒子对地球上的各种物体具有破坏作用，它像一发一发的炮弹，如果打击到各种物体上，就会造成物体表面的破坏，尤其是用电器的电路以及它们的绝缘层，据一些资料显示，如果太阳发生“磁暴”，会干扰地球磁层，此时，许多的能量比较大的带电粒子射到地面上来，它能够穿透用电器的外壳，这些用电器的绝缘层受到破坏而造成短路，某变电站变压器的着火，就是这个原因造成的。

第四、它是电离层产生的重要因素

在太阳风的辐射物中，带电粒子的偏转，能够与大量的空气分子发生碰撞，造成空气分子的电离，所谓电离，是指带电粒子与空气分子碰撞，把绕核电子打出“双电子轨道”而形成带电的空气分子和自由电子的现象，这些“自由电子”对反射电磁波有重要作用，如果没有电离层的存在，人类的无线电通讯就会受到影响。

第五、它是产生臭氧层的重要条件

在太阳风的辐射物中，带电粒子的偏转能够与大量的空气分子发生碰撞使空气分子发生电离，其中有被电离的氧气分子和氧原子，它们在重新结合为分子的过程，有些结合为臭氧分子，在这些含有大量臭氧分子的区域，被科学家们称为臭氧层，说它们可以阻挡紫外线，它对地球生命体具有保护作用。

最近几年人们利用人造卫星发现，在地球南极的上空，存在有“臭氧空洞”，所谓臭氧空洞是指地球的上层空间臭氧含量非常少区域，科学家们认为这是人类活动，有大量“氟利昂”泄露，破坏了臭氧，造成了臭氧空洞的出现，那么，没有人提问：

为什么在人类生活的北半球的上层空间没有臭氧空洞，而在人迹没有的南极上空出现臭氧空洞呢？

实际上，在南极的上空某一定的区域，由于地磁场磁力线与太阳风射来的方向一致，大量的带电粒子不能够受到“洛仑兹力”而发生“有效偏转”，不能够与空气分子发生碰撞，使空气分子发生电离，因此，氧离子和氧原子结合为臭氧的几率降低，这样就出现了在一区域的臭氧稀薄，也就是所谓的臭氧空洞，造成“臭氧空洞”的罪魁祸首不一定是“氟利昂”！

地磁场的产生原因和影响（下）

侯马市教研室王玉生

九、地磁场磁力线存在的意义

所谓地磁场是指在地球周围存在有磁力线的空间，地球外围的磁力线是地球部铁质地心具有的磁性，而这种磁性是以磁力线的形式而对外显示，因此，地球周围存在有磁力线的空间称为地磁场，地磁场的存在，首先是人们可以利用它指示方向（使用指南针），这对航海、探险以及科学考察有重要意义。

此外在夏季，空气的温度比较高，在太的辐射下，空气分子就能够发生电离，因此，空气中存在大量的带电粒子，包括许多的漂浮电子，在风力的作用下，这些带电粒子在地磁场中运动就会受到“洛仑兹力”而发生偏转，由于带正电性的和带负电的受到“洛仑兹力”方向相反，这样就能够形成大量的带电的云团，由于带电云团之间容易出现放电，这就是雷电，雷电的产生对臭氧的形成有非常积极的意义，人们都说臭氧能够阻挡紫外线，对保护地球的生命有重要的作用，此外，雷电的产生能够使空气中的氮与氧化合而形成氮的氧化物，对于促进植物的光合作用有非常积极的作用。

十、地球磁层受到的干扰

地球磁层是一些磁力线的密集层，如果受到某种干扰就会出现暂时性的破坏，能够造成地球磁层干扰和破坏的因素有多种，其中，太阳风量带电粒子的“入侵”，是第一种破坏因素。

大家知道，运动电荷能够产生磁，这种磁的磁力线是一些以带电粒子的运动线径为圆心的同心圆，如果太阳风中有大量的带电粒子，它们产生的圆周式的磁力线运动到地球磁层，就会造成地球磁层磁力线的“形变”，这是它能够造成地磁层破坏的机理。

第二种是地球发生重大的地震的时候，也够造成地球磁层的破坏，这些是自然界出现的破坏因素，比如：

在2008年5月12日12时28分发生的汶川震，地震发生时，地球磁层遭到破坏，电离层消失，无线电讯号中断。

第三种是地球受到外来天体的撞击，此时，地磁层也会受到干扰而破坏。

十一、文章中的基本概念的注解

1、“单电子轨道”：

是指一个电子在原子核外绕核所形成的轨道，根据常规力学原理，原子核对电子的吸引力等于电子绕核所需的向心力，即：

kQe/r2=mv2/r

这是一种纯圆周运动，对于不同的原子，它们的原子半径不相同，原子核的正电性的强度不一样，因此，单电子轨道中电子的绕核速度也是不相同的。

此外，单电子绕核能够产生一种“微观磁力场”，简称为“微场”，而这种“微场”对自身电子不具有磁力束缚作用，因此，单电子在原子核外绕核也不具有波动性，在外加电场的作用下，容易改变原来的圆周轨道，尤其是在相邻正电性原子的吸引下，能够被相邻原子吸引而形成绕两个原子旋转的电子轨道，即形成了分子轨道。

2、“双电子轨道”：

是两个电子在原子核外做绕核运动时，能够形成一个在同一个“微场平面”沿相反方向绕核的电子轨道。

比如：

一个电子沿顺时针方向绕核，那么，第二个电子就会在它产生的微场中，沿逆时针方向绕核，于是，当这两个电子在管道中相遇时，由于同性电荷的排斥作用，绕核速度减小，绕核半径变小，当它们向背时，绕核速度增大，绕核半径变大，因此，这两个电子在双电子轨道中是“上下波动”的，同理，两个电子在相遇点，由于彼此的排斥作用，相互远离，同时又受到“微场”的束缚作用而偏向微场场心，因此，这两个电子在双电子轨道中又是“左右摆动”的，两个电子的这种“上下波动”和“左右摆动”的合运动，就是一种螺旋式的“轨迹波”运动，所谓“轨迹波”，是指它的运动轨迹是“波线”或者说是“螺旋式曲线”，但它本身仍然是粒子的运动。

现代理论认为，微观粒子都具有波粒二象性，这是唯物主义的观点，其实这是唯心主义的观点，从物理学角度上讲，粒子是客观实体，它在空间的运动，是质点在空间的移动，而“波”是振动的传播形式，需要有传播它的介质——媒质，其传播过程是介质的质点的振动，而不是质点在空间的移动，关于光子的波动问题，笔者另文讨论。

两个电子在同一个管道中沿相反方向做圆周运动，那么，管道的径应该等于两个电子的直径，并且，两个电子做轨迹波的波长的整数倍应该等于管道的圆周长，

即：

nλ=2πR

（此关系式对于分析波尔假设条件的合理性非常重要）

只有这样，他们才不会发生迎面碰撞，它们在双电子轨道中才是稳定的，如果发生迎面的擦边碰撞，就会向外发射出一个光子，从而降低绕核速度。

因此，“双电子轨道”的发现，对于搞清楚物体的发光，具有突破性意义！

此外，两个电子在“双电子轨道”中的相遇点，即绕到原子核的一侧，对外显示两个单位的负电性，对原子核具有吸引作用，原子核就会向相遇点产生加速度，当两个电子绕到另一侧的相遇点，原子核又向这个相遇点产生加速度，因此，原子核在双电子轨道的平面，是左右振动的，并且有绕核频率等于振动频率，

ν绕=ν振

（此关系式对于认识热运动的本质，具有非常重要的意义）

这就是人们知道的热运动，可见，电子的绕核速度越大，其绕核频率也越大，物体的温度也越高，所以，“双电子轨道”的发现，对于人们认识热运动的本质，具有非常重要的作用！

3、“微场模式”：

是指原子的一种微场结构形态，原子核位于原子的中心，原子核外的电子是一些由单电子轨道和双电子轨道沿一个确定的轴线而交叉的结构形式，一般原子的最外层电子只能够形成一个四个微场平面的定轴交叉，这就是一般原子最外层只能够容纳8个电子的原因。

在微场模式中，原子核对外显示一定强度的正电性，它的外围存在正电性的电场作用线，所以原子的外围是一个存在有电场作用线的区域，是一个“点电场”，其外围某点处的电场强度，与原子核中所带质子数量成正比，与原子的距离平方成反比。

E=kZe２　/　Ｒ２

所以，这是典型的点电场特点。

在具体研究时，需要考虑外围电场强度是受到层电子屏蔽以后的强度，但是，微场模式的发现，对于利用常规力学原理解决原子结构问题，找到了突破点。

４、透视正交坐标系

如何认识首文中的图，实际上是它是一个简单的表示方法，用它表示原子结构，就像用刀子切西瓜一样，平着切一刀（Ｘ轴），竖着切一刀（Ｙ轴），然后再沿它们的夹角平分线切一刀，这是四个轨道平面所占的方位，包括单电子轨道和双电子轨道，每个方位的断面是一个平面圆周，是电子轨道，中心则是原子核，在这个圆周上，是可以用上述点电场原理去分析的，实际上，假如我们能够看见电子轨道的话，沿轨道的交叉轴看，它们是一个“短线”，在短线的侧边标上箭头，就可以表示出是双电子轨道，还是单电子轨道，如果把它放到数学上的三维正交坐标系中，这是沿Ｚ轴透视而形成的“三维透视坐标系”中的原子结构，用这样的坐标系表示原子结构，非常简便、直观，由于这个系统所插的图不清楚，具体的讨论，笔者在自己的个人博客中有介绍，地址：

hmsjyswys2008,请点击浏览，目前，正在讨论《双电子轨道理论》中的化学键，敬请关注！