物質(zhì)磁性基本概念

1、第一節(jié) 基本磁學(xué)量第二節(jié) 磁化狀態(tài)下磁體中的靜磁能量第三節(jié) 物質(zhì)按磁性分類第四節(jié) 磁性材料的磁化曲線和磁滯回線返回放 映 結(jié) 束第一章第一章 物質(zhì)磁性概述物質(zhì)磁性概述一、磁矩 m (仿照靜電學(xué)) 永磁體總是同時出現(xiàn)偶數(shù)個磁極。磁體無限小時，體系定義為磁偶極子偶極矩： 方向：-m指向+m單位：Wbmljmm+m-ml第一節(jié)第一節(jié) 基本磁學(xué)量基本磁學(xué)量思考：磁體內(nèi)、外部H和B的取向有無不同？正磁極正磁荷+m負磁極負磁荷-m用環(huán)形電流描述磁偶極子： 磁矩： 單位：A m2 二者的物理意義： 表征磁偶極子磁性強弱與方向Aim170mH104ommj 電子的軌道運動相當(dāng)于一個恒定的電流回路，必有一個磁矩

2、（軌道磁矩），但自旋也會產(chǎn)生磁矩（自旋磁矩），自旋磁矩是基本粒子的固有磁矩。二、磁化強度 M （描述宏觀磁體磁性強弱程度） 單位體積的磁體內(nèi),所有磁偶極矩的 jm或磁矩m的矢量和 ，分別為： 磁極化強度：)(2mWbVmjJ磁 化 強 度：)m(A1VmMMJj0m0m二者物理意義：描述磁體被磁化的方向與強度比磁化強度（單位質(zhì)量磁體內(nèi)具有的磁矩矢量和）三、磁場強度 H 與與磁感應(yīng)強度 B 均為描述空間任意一點的磁場參量（矢量）1、H ：靜磁學(xué)定義H為單位點磁荷在該處所受的磁場力的大小，方向與正磁荷在該處所受磁場力方向一致。032141,krrmmkFmFH其中emu/g1kgmA1emu/g(

3、CGS)(SI)kgmA/11-21-2dVdMm 實際應(yīng)用中，往往用電流產(chǎn)生磁場，并規(guī)定H的單位在SI制中，用1A的電流通過直導(dǎo)線，在距離導(dǎo)線r= 米處，磁場強度即為1A /m。 21常見的幾種電流產(chǎn)生磁場的形式為：1、無限長載流直導(dǎo)線：方向是切于與導(dǎo)線垂直的且以導(dǎo)線為軸的圓周2、直流環(huán)形線圈圓心：r為環(huán)形圓圈半徑，方向由右手螺旋法則確定。3、無限長直流螺線管：n：單位長度的線圈匝數(shù)，方向沿螺線管的軸線方向rIH2rIH2nIH 2、磁感應(yīng)強度BSI制中，JHBHBMJBMHMHB000000,)(ii則：令 自由真空中M=0，B與H平行， 磁體內(nèi)部，B與H不一定平行，JHB0單位：B：T或

4、Wbm2；H：A/m； M：A/m；J： Wbm2HB0磁學(xué)量的單位制：使用Gauss單位制時，此時，B的單位為G，H的單位為Oe，0=1G / Oe 式中M為磁極密度，單位為G，4M為磁通線的密度。SI制與Gauss制間的轉(zhuǎn)換 B：1G=10-4T H：103A m-1的H有4 Oe的值， 103/4 A m-1=79.577A m-1=1 Oe MHB4iBHB0和磁矩： 在Gauss單位制中0=1G / Oe ，則磁偶極矩與磁矩?zé)o差別，通稱為磁矩，單位為電磁單位（e.m.u） 1e.m.u(磁偶極矩) 4 1010 Wbm 1e.m.u(磁矩) 103A m2磁化強度： Gauss單位制

5、中，磁極化強度（J）與磁化強度（M）相同，單位：G134A10G1T104G1m：MJ四：磁化率與磁導(dǎo)率 磁體置于外磁場中磁化強度M將發(fā)生變化（磁化）。HMHM， 其中稱為磁體的磁化率，是單位H在磁體內(nèi)感生的M，表征磁體磁化難易程度 HHHBM)HB0001)(令：（1 )B/0H (相對磁導(dǎo)率，表征磁體 磁性、導(dǎo)磁性及磁化難易程度） 單位：T m/A或H/mSI制中,絕對磁導(dǎo)率：絕對B/H 絕對/ 0磁導(dǎo)率的不同定義：1、起始磁導(dǎo)率iHBHilim0012、最大磁導(dǎo)率maxmax0max1HB3、振幅磁導(dǎo)率aaaHB01 4、增量磁導(dǎo)率HB015、可逆磁導(dǎo)率revlim0Hrev6、復(fù)數(shù)磁導(dǎo)

6、率 i所有磁導(dǎo)率的值都是H的函數(shù)：一、外磁場能HmJ磁體由于本身的磁偶極矩Jm與H間的相互作用，產(chǎn)生一力矩：第二節(jié)第二節(jié) 磁化狀態(tài)下磁體中的靜磁能量磁化狀態(tài)下磁體中的靜磁能量sinsinsin2sin2mlHlFlFlFL =00 ，L最小，處于穩(wěn)定狀態(tài) 0，L 0，不穩(wěn)定，會使磁體轉(zhuǎn)到與H方向一致，這就要做功，相當(dāng)于使磁體在H中位能降低。即：磁體在磁場中位能：HjmccmlHdmlHLdWu)0( ,cossin?。鏁r針方向為正）單位體積中外磁場能（即磁場能量密度）)J/m(cos300MHVVHHMHJHjuFmFH是各向異性的能量二、退磁場與退磁能量 1、退磁場 有限幾何尺寸的磁體在外

7、磁場中被磁化后，表面將產(chǎn)生磁極，從而使磁體內(nèi)部存在與磁化強度M方向相反的一種磁場，起減退磁化的作用，稱為退磁場Hd。 Hd 的大小與磁體形狀及磁極強度有關(guān)。若磁化均勻，則Hd 也均勻，且與M成正比：其中N為退磁因子，只與磁體幾何形狀有關(guān)。2、簡單幾何形狀磁體的退磁因子N對于旋轉(zhuǎn)橢球體，三個主軸方向退磁因子之和：1cbaNNN由此可求出： 球 體：N=1/3 細長圓柱體：Na = Nb = 1/2, Nc = 0 薄圓板體： Na = Nb = 0, Nc = 1abcXYZ3、退磁場能量 指磁體在它自身的Hd 中所具有的能量20000021NMMNMMHMMddddF短半徑長半徑對橢球體：長軸

8、kkkNNNMNMNMNFkMNjMNiMNHkkkNzyxzzyyxxdzzyyxxd1)1ln(111121222222020220202/14/16/1zdyxddMFMMFMF薄圓板片：細長圓柱體：球體： 適用條件：磁體內(nèi)部均勻一致，磁化均勻。 形狀不同或沿不同的方向磁化時，F(xiàn)d也不同，這種因形狀不同而引起的能量各向異性的特征形狀各向異性。從實用的觀點，根據(jù)磁化率（M/H）大小與符號，可分為五種：d1TO第三節(jié)第三節(jié) 物質(zhì)按磁性分類物質(zhì)按磁性分類一、抗磁性 對于電子殼層被填滿的物質(zhì)，其磁矩為零。在外磁場作用下，電子運動將產(chǎn)生一個附加的運動（由電磁感應(yīng)定律而定），出現(xiàn)附加角動量，感生出與

9、H反向的磁矩。因此： d0，但數(shù)值很?。@微弱磁性）。室溫下P：103106。如：稀土金屬和鐵族元素的鹽。Td/ 1O其中：C為居里常數(shù)，TP為順磁性居里溫度。Td/ 1O三、反鐵磁性定值。不增反降，并逐漸趨于，但，服從afNppafNTTTTTCTT,0即在TTN（奈爾溫度）時， af 最大。T0（約為10106），有磁滯現(xiàn)象。 當(dāng) TTC 時，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕木永锿馑苟伞?實例：3d金屬Fe，Co，Ni，4f金屬鋱、鉺、銩、鈥、等以及很多合金與化合物。f1TcTPTTTC五、亞鐵磁性 內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)卻與反鐵磁性相同，但相反排列的磁矩大小不等量。故亞鐵磁性具有宏觀磁性（未抵消的反鐵磁性

10、結(jié)構(gòu)的鐵磁性）。 m0 ，大小為1 103 典型代表為鐵氧體。 前三種為弱磁性，后兩種為強磁性，具有此二性的材料叫磁性材料，按其被應(yīng)用的性能，磁性材料可分為軟磁、永磁、旋磁、矩磁、亞磁五類）m1TcTpTO一、磁化曲線表示磁場強度H與所感生的B或M之間的關(guān)系O點：H0、B0、M0，磁中性或原始退磁狀態(tài)OA段：近似線性，起始磁化階段AB段：較陡峭，表明急劇磁化HHm后，M逐漸趨于一定值MS（飽和磁化強度），而B則仍不斷增大(原因?)由BH（MH）曲線可求出或 第四節(jié)第四節(jié) 磁化曲線與磁滯回線磁化曲線與磁滯回線 二、磁滯回線 從飽和磁化狀態(tài)開始，再使磁化場減小，B或M不再沿原始曲線返回。當(dāng)H0時，

11、仍有一定的剩磁Br或Mr。 為使B（M）趨于零，需反向加一磁場，此時H=Hc稱為矯頑力。BHC：使B0的Hc。MHC： M0時的Hc（內(nèi)稟矯頑力）一般| BHC | | MHC |Hc是表征材料在磁化后保持磁化狀態(tài)的能力。通常以Hc劃分軟磁、永磁、半永磁材料：之間介于mAmAmABB/1010/108108/10810853532CCHH:軟磁:硬磁:半硬磁 H從正的最大到負的最大，再回到正的最大時，BH或MH形成一封閉的曲線磁滯回線。（磁材的重要特性之一) 磁滯回線的第二象限為退磁曲線（依據(jù)此考察硬磁材料性能）,(BH)為磁能積，表征永磁材料中能量大小。 (BH)max 是永磁的重要特性參數(shù)之一。將退磁曲線上的 對B作用，可得 對B的關(guān)系曲線。(BH)(BH) 磁化曲線與磁滯回線是磁性材料的重要特征，能反映許多磁特性，如： 、 MS(Bs)、Mr(Br)、 BHC(MHC)、 (BH)max 等。思考題：思考題：1.設(shè)鐵磁體為開有小缺口設(shè)鐵磁體為開有小缺口L1的圓環(huán)，其圓環(huán)軸線周的圓環(huán)，其圓環(huán)軸線周長為長為L2，當(dāng)沿圓環(huán)周