2024年-磁介質(zhì)的磁化規(guī)律

問題磁場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)輔助矢量已知I0，先求H，利用H求B，需要知道H和B的關(guān)系？一磁化率和磁導(dǎo)率6-3磁介質(zhì)的磁化規(guī)律1

磁介質(zhì)的磁化規(guī)律習(xí)題：6.3-26.3-412對(duì)于各向同性線性磁介質(zhì)磁化率相對(duì)磁導(dǎo)率B和M的關(guān)系為各向同性線性磁介質(zhì)M和B同向，順磁質(zhì)M和B反向，抗磁質(zhì)真空中，M=0無磁化現(xiàn)象

22024/5/4磁化率

m對(duì)于各向同性線性介質(zhì)

m是沒有量綱的標(biāo)量均勻介質(zhì)

m是常數(shù)非均勻介質(zhì)

m是介質(zhì)中各點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)，甚至是時(shí)間的函數(shù)對(duì)各向異性磁介質(zhì)

m會(huì)因方位不同而不同，是二階張量如鐵磁質(zhì)M與H不成正比關(guān)系，甚至也不是單值關(guān)系M與H為非線性單值關(guān)系時(shí)，雖仍可用上述關(guān)系式定義，但它們都不是恒量，而是H的函數(shù)，且

m>>1，其數(shù)量級(jí)為102～106地位和作用類似于

e

32024/5/43兩類分子無外場(chǎng)

有外場(chǎng)

分子磁矩m分子=0

m分子=0

m分子

0

分子磁矩m分子

0

m分子=0

m分子

0鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）順磁質(zhì)抗磁質(zhì)（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)2

磁介質(zhì)分類強(qiáng)磁性42024/5/45分子圓電流和磁矩

無外磁場(chǎng)順磁質(zhì)的磁化有外磁場(chǎng)順磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)二

順磁質(zhì)的磁化2024/5/4抗磁質(zhì)分子的固有磁矩m分子=0不存在固有磁矩規(guī)則取向引起的順磁效應(yīng)，磁性來源？抗磁性起源于電子軌道運(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)下的變化電子軌道運(yùn)動(dòng)為什么會(huì)變化？原因：在外磁場(chǎng)下受洛倫茲力

三

抗磁質(zhì)的磁化62024/5/47無外磁場(chǎng)時(shí)抗磁質(zhì)分子磁矩為零

抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)

同向時(shí)

反向時(shí)抗磁質(zhì)的磁化2024/5/4在原子或分子內(nèi)，一般不止有一個(gè)電子

分子磁矩：所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和

電子軌道磁矩與角動(dòng)量方向相反電子自旋磁矩若所有電子的總角動(dòng)量為零，抗磁所有電子的總角動(dòng)量不為零，順磁82024/5/4考慮電子軌道運(yùn)動(dòng)，設(shè)電子角速度平行于外磁場(chǎng)求無外磁場(chǎng)時(shí)的角速度

0(電子只受庫侖力）加外磁場(chǎng)，電子受庫侖力、洛倫茲力（指向中心），假設(shè)軌道的半徑不變（相當(dāng)于定態(tài)假設(shè)），一般有洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫侖力92024/5/4洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫侖力，高階小量，略考慮電子角速度反平行于外磁場(chǎng)，有同樣結(jié)論，

的方向總與外磁場(chǎng)相同

電子角速度改變將引起電子磁矩改變

總是與外磁場(chǎng)方向相反102024/5/4當(dāng)介質(zhì)處于磁場(chǎng)中時(shí)，每個(gè)電子磁矩都受到磁力矩的作用

一般情況下的討論，夾角為任意角旋進(jìn)，拉摩進(jìn)動(dòng)，只改變角動(dòng)量方向，不改變其大小

d

以軌道角動(dòng)量變化為例112024/5/4

d

旋進(jìn)，拉摩進(jìn)動(dòng)，只改變角動(dòng)量方向附加角速度和外加磁場(chǎng)反向完全抗磁性：超導(dǎo)體邁斯納效應(yīng)超導(dǎo)重力儀B=0M=-H122024/5/4四鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律

2起始磁化曲線：Ms、Bs分別為飽和磁化強(qiáng)度和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度

1

特點(diǎn)

其中M的值相當(dāng)大；

M～H、B～H之間的關(guān)系非線性和非單值。實(shí)驗(yàn)表明，M和H間的函數(shù)關(guān)系較復(fù)雜，且與磁化歷史有關(guān)。M與H、B的關(guān)系通常通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定

132024/5/414矯頑力

當(dāng)外磁場(chǎng)由逐漸減小時(shí)，這種B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡稱磁滯.O磁滯回線

由于磁滯，時(shí)，磁感強(qiáng)度，叫做剩余磁感強(qiáng)度(剩磁).3磁滯回線

2024/5/44磁滯損耗

鐵磁質(zhì)在交變磁場(chǎng)下反復(fù)磁化時(shí)，由于磁滯效應(yīng)，磁體要發(fā)熱而散失熱量，這種能量損失稱為磁滯損耗。

可以證明：B－H圖中磁滯回線所包圍的“面積”代表在一個(gè)反復(fù)磁化的循環(huán)過程中單位體積的鐵芯內(nèi)損耗的能量

磁滯回線越胖，曲線下面積越大，損耗越大；磁滯回線越瘦，曲線下面積越小，損耗越小證明，計(jì)算電源要抵抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功152024/5/4證明：以有閉合鐵芯的螺繞環(huán)為例

設(shè)dt時(shí)間內(nèi)，鐵芯中磁通改變?yōu)閐

電源抵抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功162024/5/4

磁疇無外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)5鐵磁質(zhì)磁化機(jī)制實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于電子自旋磁矩。未有外磁場(chǎng)時(shí)鐵磁質(zhì)中電子自旋磁矩可以在小范圍內(nèi)“自發(fā)”排列起來，形成小的“自發(fā)磁化區(qū)”——磁疇

其原因是相鄰原子中電子間存在一種交換作用（一種量子效應(yīng)），使電子的原子磁矩平行排列起來，從而自發(fā)磁化172024/5/4

磁化過程

a：未磁化時(shí)狀態(tài)b：疇壁的可逆位移階段—OA段c：不可逆的磁化——AB段d：磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)——BC段e：趨于飽和的階段——CS段在外磁場(chǎng)撤消后，鐵磁質(zhì)內(nèi)摻雜和內(nèi)應(yīng)力或因?yàn)榻橘|(zhì)存在缺陷阻礙磁疇恢復(fù)到原來的狀態(tài)

182024/5/4影響鐵磁質(zhì)磁性的因素

溫度，高過居里點(diǎn)鐵磁性就消失，變?yōu)轫槾刨|(zhì)。如純鐵的居里點(diǎn)為1043K，鏑的居里點(diǎn)為89K；強(qiáng)烈震動(dòng)會(huì)瓦解磁疇

尺寸影響磁疇結(jié)構(gòu)性——介觀尺度下有新現(xiàn)象介觀尺度：即介于宏觀尺度與微觀尺度之間，一般為0.1——100nma片形疇（L=8微米）；b蜂窩疇（L=75微米）；c楔形疇幾種鐵磁材料的磁疇結(jié)構(gòu)，a、b為Ba鐵氧體單晶基面上的磁疇結(jié)構(gòu)，L為晶體厚度；c為鈷的兩個(gè)晶粒上的磁疇結(jié)構(gòu)192024/5/4宏觀鐵磁體的尺寸減小到介觀尺度此時(shí)磁性材料不再是具有疇壁的多磁疇結(jié)構(gòu)，而是沒有疇壁的單疇結(jié)構(gòu)，單疇的臨界尺度大約在納米級(jí)范圍，例如鐵的球形顆粒產(chǎn)生單疇的臨界直徑為28nm，鈷為240nm。由于熱擾動(dòng)的影響，使這些磁有序物質(zhì)系統(tǒng)表現(xiàn)出特別的磁性質(zhì)，如類似順磁性的超順磁性

與同類常規(guī)塊狀磁體相比，納米量級(jí)材料的居里溫度低，矯頑力高。磁性液體：用表面活性劑處理過的超細(xì)磁性微粒高度分散在載液中形成一種磁性膠體溶液，呈現(xiàn)出超順磁性202024/5/4

鐵磁性材料的分類及其應(yīng)用硬磁材料

BR大，HC大，HC：104～106A/m；磁滯回線胖，磁滯損耗大；撤外場(chǎng)后，仍能保持強(qiáng)磁性。O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料軟磁材料

矯頑力小，磁滯回線瘦，磁滯損耗小；有的BR小，通電后立即磁化獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，斷電立即退磁，適合用于強(qiáng)電有的起始磁導(dǎo)率大，適合用于弱電212024/5/4在信息技術(shù)中的應(yīng)用隨著信息時(shí)代的到來，多種磁性材料在信息高新技術(shù)中獲得廣泛而重要的應(yīng)用

磁記錄：主要有存儲(chǔ)裝置和寫入、讀出設(shè)備。存儲(chǔ)裝置是用永磁材料制成的設(shè)備，包括磁頭和磁記錄介質(zhì)

磁頭寫入過程：磁頭將電信號(hào)——磁場(chǎng)讀出過程：將磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)——電信號(hào)磁記錄介質(zhì)：內(nèi)存、外存、磁盤和磁帶等O矩磁鐵氧體材料222024/5/4磁性功能材料壓磁材料也叫磁致伸縮材料

鐵磁質(zhì)磁疇中磁化方向改變會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)中晶格間距的改變

磁電阻材料磁場(chǎng)可以使許多金屬的電阻發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為磁電阻效應(yīng)，相應(yīng)的材料為磁電阻材料(MR)

磁電阻材料(MR)：

巨磁電阻效應(yīng)（簡稱GMR）

超巨磁電阻材料

在小型化的微型化高密度磁記錄讀出磁頭、隨機(jī)存儲(chǔ)器和微型傳感器中獲得重要應(yīng)用

液體磁性既具有固體的強(qiáng)磁性，又具有液體的流動(dòng)性

232024/5/4法國科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾和德國科學(xué)家彼得·格林貝格爾因分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)共獲2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾評(píng)委會(huì)主席佩爾·卡爾松用兩張圖片的對(duì)比說明了巨磁阻的重大意義：一臺(tái)1954年體積占滿整間屋子的電腦，和一個(gè)如今非常普通、手掌般大小的硬盤。正是巨磁阻的發(fā)現(xiàn)，單位面積介質(zhì)存儲(chǔ)的信息量才得以大幅提升。一位科研人員也說：“看看你的計(jì)算機(jī)硬盤存儲(chǔ)能力有多大，就知道他們的貢獻(xiàn)有多大了?！蔽覀兯究找姂T的筆記本電腦、MP3、U盤等消費(fèi)品，都閃爍著耀眼的科學(xué)光芒。諾貝爾獎(jiǎng)并不總是代表著深?yuàn)W的理論和艱澀的知識(shí)，有時(shí)就在我們身邊，在我們不曾留意的日常生活中。242024/5/425

例1有兩個(gè)半徑分別為和的“無限長”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對(duì)磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流時(shí)，試求（1）磁介質(zhì)中任意點(diǎn)P

的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小;

（2）圓柱體外面一點(diǎn)Q

的磁感強(qiáng)度.II2024/5/426解II同理可求2024/5/4例2有一磁介質(zhì)細(xì)鐵環(huán)，外磁