一、關于磁本質問題的幾點討論

既然電子在原子核周圍的運動可以看作是軌道運動,就必然有軌道電流，從而會產生軌道磁矩。當然，原子中還會存在原子核自旋和電子自旋磁矩。在許多教材中都認為原子核自旋磁矩和電子自旋磁矩，與電子軌道磁矩相比是很小的，可以忽略不計，只需要考慮電子的軌道磁矩的作用。其實，這也是不完全正確的。過渡元素原子的磁性[1]，來自于電子的軌道運動和自旋兩部分，它們形成這個原子的磁矩。由這些原子組成晶體的時候，一般可分為兩種情況：如果這種晶體是由稀土元素組成的，此時軌道和自旋兩部分都會對物質的宏觀磁性有貢獻；如果是由鐵族元素組成的晶體，它的磁矩則主要來自于電子的自旋部分，原因是軌道部分由于晶場劈裂而消失。軌道角動量的每部分還是存在的，只是晶場劈裂導致所有軌道角動量平均為零，從而軌道磁矩對磁性的貢獻消失。因此，電子自旋對物質的磁性的貢獻是非常重要的，下面對電子的自旋磁矩做簡單介紹。電子自旋方向有兩種，自旋向上和自旋向下。某些物質自旋向上和向下的電子數目一樣多，它們產生的磁矩相互抵消，整個物體對外就不表現磁性。如果不同自旋方向占有不同的電子數目，這些電子的磁矩便不能相互抵消，導致整個原子具有一定自旋磁矩。如果這些原子磁矩之間沒有相互作用，它們是混亂排列的，所以整個物體沒有強磁性。對于少數物質，如鐵、鈷、鎳等，不但組成它們的原子具有自旋磁矩，同時，由于一種被稱為“交換作用”的機理，這些原子磁矩之間被整齊地排列起來，整個物體也就有了宏觀磁性。當不同自旋方向占有的電子數量之差不同時，物體顯示的磁性強弱也不同。

二、關于渦旋電場的幾點討論

1.橢圓形區域的磁場所激發的渦旋電場。

參考文獻[2]中作者研究計算了這種情況，他們得到如下結果：a.根據橢圓形對稱性分析可知，橢圓形區域的變化磁場所激發的渦旋電場的電力線是位于垂直于磁場的平面內的長短半軸之比與磁場的邊界橢圓長短半軸之比相等的一系列同心橢圓，且方向為橢圓各點切線方向；b.橢圓電場強度由場點的位置、磁感強度的時間變化率和磁場邊界橢圓的長短半軸唯一確定；c.極角相等的諸點中，磁場區域內部的點，電場與場點所在電力線橢圓的長半軸成正比，而磁場區域外部的點，電場與場點所在電力線橢圓的長半軸成反比。將此結果與一般教科書上圓形區域的變化磁場所激發的渦旋電場的例子做比較，可減少學生認為渦旋電場的形狀一定是圓形的誤解，擴展學生對渦旋電場的認識。

⒉矩形區域的磁場所激發的渦旋電場。

參考文獻[3]中給出了矩形區域內交變磁場產生的渦旋電場結果：對橫截面為矩形的導體來說，其磁場內外區域所激發的渦旋電場均存在垂直于邊界截面方向的分量，且在橫截面內會形成渦旋電流，其大小隨距離中心的遠近而不同，越靠近中心區域產生的渦旋電流越小，越遠離中心區域所產生的渦旋電流越大。這也是為什么制作變壓器鐵芯需要選用彼此絕緣的薄鋼片疊加。此例子與橢圓形區域磁場所激發渦旋電場的例子一起可以給學生對渦旋電子一個較為全面的認識和理解。教學過程中不易給出具體的計算過程，但應該對這兩種情況給學生做分析和說明，給出結果。將圓形、橢圓形、矩形區域三種情況做總結和比較，告訴學生渦旋電場的方向和形狀的不同，消除他們的誤解。

作者：齊景山 陳曉芳 單位：江蘇師范大學物理與電子工程學院