磁介質的物理性質 (磁介质理论)

铁磁质是一种对外部磁场影响最大的材料，具有广泛的应用，尤其是在信息记录和存储领域（例如磁带和计算机存储器）。

铁磁质的特性

居里点

不同材料的居里点不同。以下是几种常见铁磁质的居里点：

应用

铁磁质在信息存储方面具有重要意义。以下是一些常见的应用：

结论

铁磁质是一种对外部磁场影响很大的材料，具有独特而有用的特性。它在信息存储和转换领域有着广泛的应用。

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介质的热性质

（一）岩石的热物理性质

为了研究地球的热状态，了解地球内部的热能在深部岩石中的传递规律，以及地球上部或地壳个别地段的温度分布特征，测定和研究岩石的热物理性质是十分必要的。描述岩石热物理性质的参数主要有热导率、比热容和热扩散率等。

1.热导率κ

热导率是表示岩石导热能力的物理量，即沿热传导方向，单位长度上温度降低1K时通过的热流密度。其表达式为

环境与工程地球物理勘探

式中：T为温度；l为长度；dT/dl为温度梯度。热导率的单位为W/（m·K）[瓦/（米·开）]。

由表4-2可见，各种矿物的热导率都有一个确定的值，但由造岩矿物组成的岩石其热导率却无定值，而有一个较大的变化范围（图4-10）。

松散的物质如干砂、干黏土和土壤的热导率最低；湿砂、湿黏土、垆坶土及某些热导率低的岩石具有相近的热导率；沉积岩中，页岩、泥岩的热导率最低，砂岩、砾岩的热导率变化范围大，石英岩、岩盐和石膏的热导率最大；岩浆岩、变质岩及火山岩的热导率介于2.1～4.2W/（m·K）之间。

表4-2 空气和水及常见造岩矿物的热导率

图4-10 各类岩石的热导率

影响岩石热导率的因素包括岩石的成分、结构、温度、湿度及压力等，在致密的岩石中，造岩矿物的性质对岩石的热导率起主要控制作用，热导率高的矿物含量越高，岩石的热导率也越高；岩石的热导率一般随孔隙度的增加而降低，随湿度的增加而增加；此外，岩石的热导率还具有各向异性的特点，热流方向平行于层理、片理等结构面时，热导率较高，垂直于这些结构面时，热导率较低；温度和压力对地壳上部岩石的热导率影响极小，一般都可忽略不计，但在研究地壳深部热状态时，却很重要。

2.比热容c

比热容是表征岩石储热能力的物理量。即加热单位质量的物质，使其温度上升1K时所需的热量。可表示为

环境与工程地球物理勘探

式中：m为物质的质量；dQ/dT称为热容，是物质吸收的微小热量dQ与其上升温度dT之比。比热容的单位为J/（kg·K）[焦/（千克·开）]。

大部分岩石和矿物的比热容变化范围都不大，介于586～2093J/（kg·K）之间。由于水的比热容较大（15℃时为4186.8J/（kg·K）），因此，随着岩石湿度的增加，其比热容也有所增大。沉积岩如黏土、页岩、灰岩等，在自然条件下都含有一定的水分，其比热容稍大于结晶岩。前者为786～1005J/（kg·K），后者为628～837J/（kg·K）。

3.热扩散率α

热扩散率是表征岩石在加热或冷却时，各部分温度趋于一致的能力。可表示为

环境与工程地球物理勘探

式中：κ为热导率；c为比热容；ρ为密度。热扩散率的单位为m/s（米/秒）。

岩石的热扩散率主要与其热导率和密度有关，比热容因数值变化不大，对热扩散率的影响较小。

岩石的热扩散率随其湿度的增高而增大，随温度的增高略有减小。对层状岩石来说，热扩散率还具有各向异性的特点，即顺着岩石层理方向比垂直层理方向热扩散率要高。表4-3为几种主要岩石和物质的热扩散率值，仅供参考。

表4-3 几种主要岩石和物质的热扩散率

（二）热交换方式

自然界中的热交换是以热传导、热对流和热辐射三种方式实现的。下面分别做简单的介绍。

1.热传导

地球上层的岩石在常温下是一种电介质或半导体，它们的传热主要是由于晶格原子的热振动引起。内地核可能由高温下熔化的铁组成，其传热是通过自由电子的热运动进行。

大地热流密度（简称大地热流或热流）q反映地球内部热能经热传导方式传输至地表散失的情况。其表达式为

环境与工程地球物理勘探

式中：κ为岩石的热导率；dT/dz表示沿铅垂方向向地球中心单位距离增加的温度值，称地温梯度，单位为 k/m（开/米），负号表示热量流向温度减小的方向，即由地球内部流向地表。

2.热对流

依靠流体的运动，将热量从一处传递到另一处，称为热对流。热对流是固体表面与其紧邻的流体间的换热方式，可将它分为两类：一类是受迫对流，其流体运动是由外力产生的压力差引起；另一类是自然对流，其流体运动是由流体自身温度不均造成的密度差引起。

热对流的热流密度q可以用牛顿冷却定律确定，即

环境与工程地球物理勘探

式中：T为固体界面温度；T为气体或液体界面温度；比例系数h称为传热系数，其单位为W/（m·K）。

热对流在局部地区，如现代火山区及年轻造山带内的高温地热区起着很大作用。

3.热辐射

一切物体，只要其温度高于绝对零度，就会从表面经常地向外界发出电磁辐射。物体温度愈高，放出的辐射能就愈多。可以为物体吸收，并在吸收后又重新变为热能的射线，其辐射热的光谱大部分位于红外波段，小部分位于可见光波段的范围内，这些射线称为热射线，其传播过程称为热辐射。

对一般物体而言，其热辐射的热流密度q可表示为

环境与工程地球物理勘探

式中：σ称为物体的热辐射系数，单位为W/（m·K）。

应当指出，热辐射不同于热传导和热对流，它是一种不接触的传热方式。在密实固体内和液体中不会有热辐射的传播，因此，地球内部一般不产生热辐射。