地磁场的产生原因和影响（上）

地磁场的产生原因和影响（上）

 

关于地磁场的产生原因，目前，科学理论上还没有一个令人信服的说法，但是对于磁性的产生原因，比较公认的说法是：“一切磁现象都是由电流引起的”。根据这个道理，不少认为地磁场是由地下电流引起的，那么，维持地下持续电流存在的条件是什么？电源是什么？没有人能够解释清楚！

其实，目前的科学理论存在有很大的问题，造成对许多现象的不能够解释，为了促进科学的发展，就需要对过去的理论进行改造，甚至是一些权威的理论，该淘汰的应该予以探讨和废除，只有这样，科学才能取得发展和进步。

 

一、基本概念需要更新

1、“场”：

在人们的思维习惯中，“场”指的是某个“场所”或者是某个“地方”，比如：会场——开会的地方，广场——集会的地方，本意上指的是某个“区域”或者是某个“空间”，在物理学上，“场”指的是“空间力”，或者说是存在某种力的空间，比如说：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内的，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，在圆周内部磁力线是穿入纸面，其强度是内外磁力线强度之差，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，内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，原子的内层电子就存在两个“单电子轨道”，如果铁与硅形成合金，则称为“矽钢”，内层两个单电子轨道仍然存在，内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，铁原子的内层有一个“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，把内层原子实“捆绑”，此时，内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，内层两个“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。铁原子的内层电子是4ｘ2式叠交轨道，也就是说，内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，铁原子内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，内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），内层有一个电子也参与了化学键，（双电子轨道像橡皮筋，从内层与外面的原子形成了捆绑），此时的铁原子是三价的，内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，它们的内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，其内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，地球的内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，其原子的内层电子都存在有“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内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。