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它们的精确度是建立在大量原子介入的基础上第一个例子(顺磁性)

我想用几个例子来说明这一点,这是从无数例子当中随意挑选出的几个,这些例子对于首次了解事物状态的读者来说可能并不是最好的。我所说的这种事物的状态在现代物理学和化学中非常基础,就像生物学中生物是由细胞组成,或者像天文学中的牛顿定律,甚至像数学中的整数列1,2,3,4,5……此类事实一样。门外汉不可能指望通过阅读接下来几页的内容,就能对这个学科完全理解和领会。要知道这个学科是跟路德维希·玻尔兹曼、约西亚·威拉德·吉布斯这些显赫的名字联系在一起的,在教科书中,被称为“统计热力学”。

如果你在一根长方形石英管当中充满氧气,把它放到磁场中,你会发现这些气体会被磁化。之所以会发生磁化现象,原因是氧分子其实都是微小的磁体,进入磁场后会按照磁场方向平行排列,就像指南针一样。但是请不要认为它们全都按照磁场方向排列。如果你让磁场强度加倍,氧气的磁化程度也会加倍,磁化作用会随着磁场强度的增强而提高,当场强极高的时候,磁化的比例也能达到很高。

图1 顺磁性

这是纯粹统计学定律的一个特别清楚的例子。由于分子本身持续不断的热运动的方向是随机的,所以磁场对氧气分子产生的排列作用总是会被抵消。这两股力量相互抵抗产生的实际结果就是,偶极子轴会微微倾向于与磁场方向呈锐角而不是钝角。虽然对于单个原子来说,其排列方向是不断变化的,但是所有分子产生的整体结果(由于数量巨大)是,顺着磁场方向排列的分子数量总是能保持微小优势,并且磁场强度越大,优势越明显。

这一具有独创性的解释是法国物理学家保罗·朗之万提出的,这一理论可以通过下面的方法进行验证。如果我们观察到的微弱磁化现象的确是两种相反作用的综合结果,即让所有分子平行于磁场方向的磁场作用和让分子随机排列的热运动,那么通过减少分子热运动而不改变磁场强度,也是可以提高磁化程度的,具体方法就是降低温度。实验证实了这一假设,磁化程度和绝对温度负相关,并且符合理论(居里定律)数量关系。现代仪器甚至能让我们将温度降低到热运动几乎可以忽略不计的程度,这时候磁场自身可以产生“完全磁化”的现象,或至少足以产生可以被视为“完全磁化”的磁化程度。在这种条件下,我们不可能期望将场强提高一倍也会让磁化程度提高一倍,随着磁场强度增加,磁化程度的提高幅度会越来越小,最终达到所谓的“饱和”状态。这同样也以实验的方式得到了量化验证。需要注意的是,这种行为完全依赖于大量分子的共同作用,才会产生我们能够观察到的磁化现象。否则,磁化则不可能是一个持续状态,不同时刻会呈现出无规则的波动,见证着热运动和磁场作用这两股力量之间的对抗。 NCO/AN3natBQBTx5veboH0kEqmjkRba3giOJgRZlbJxQwYrziczOzek6lDf3vjqs

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