《材料的磁学性能》PPT课件

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1、基本磁学性能抗磁性与顺磁性铁磁性与反铁磁性5.1基本磁学性能5.1.1磁学基本量(1)磁场强度、磁感应强度和磁导率§1820年，奥斯特发现通电导线也能使周围的小磁针发生偏转，说明电流能产生磁场，并且磁场的强弱与通电导线中的电流I成正比，和距导线轴线的距离r成反比，他将磁场强度H（magneticfieldstrength）定义为:IH2r进一步的研究发现，带电粒子在磁场作用下运动也会受到磁场力，当点电荷垂直于磁场方向运动时，它所受的磁场力最大，用Fmax表示，但对磁场中某一定点而言，Fmax与磁场的强弱和qv成正比，即Fmax=BqvB表示的是磁场的强弱，按照常规思维，应该定

2、义为磁场强度，但是磁场强度已经定义成和电流相关的物理量，所以将B定义为磁感应强度。磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。磁场强度则完全只是反映磁场来源的属性；磁感应强度是完全只是考虑磁场对于带电粒子的作用。§真空中，磁场强度H和磁感应强度Ｂ的关系，BH00§式中μ0为真空磁导率，它是一个普适常数§其值:4π×10-7§单位:H（亨利）/m。当有介质时，会发生什么现象？§磁化——在外磁场H的作用下，介质表现出一定的磁性，产生一定的磁场，这个过程叫磁化，磁化的程度用磁化强度M表示，其与磁场强度H的关系如下：MH§比例系数为介质的磁化率，仅与磁

3、介质性质有关。它反映材料磁化的能力，没有单位，为一纯数。可正、可负，决定于材料的不同磁性类别。表5-1常见材料在室温时的磁化率磁化率材料名称磁化率材料名称氧化铝-1.81×10－5锌-1.56×10－5铜-0.96×10－5铝2.07×10－5金-3.44×10－5铬3.13×10－4水银-2.85×10－5钠8.48×10－6硅-0.41×10－5钛1.81×10－4银-2.38×10－5锆1.09×10－4当有介质时，介质被磁化后，其产生的磁场强度M和源磁场强度H对运动电荷共同产生作用，此时磁感应强度和Ｂ磁场强度H有何关系？B(HM)0(1)H0令(1

4、)0则BH§式中的μ为介质的磁导率，单位为H/m，是磁性材料最重要的物理量之一，其也反映了介质磁化的能力。令μr=μ/μ0§μr为介质的相对磁导率，单位为H/m，是材料的特性常数，其也反映了介质磁化的能力。介质磁化的机理磁矩磁源于电：环形电流周围的磁场，符合右螺旋法则，其磁矩定义为：mnISm–载流线圈的磁矩I-载流线圈通过的电流ΔS-载流线圈的面积n-载流线圈平面的法线方向上的单位矢量图5-1磁矩产生磁矩的原因轨道磁矩电子围绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的磁矩，即轨道磁矩。§Orbita§Spin自旋磁矩l每个电子本身有自旋运动产生一个

5、沿自旋轴方轨道磁矩自旋磁矩向的磁矩，即自旋磁矩。§磁化强度M的微观机理§定义：在外磁场H的作用下，材料中因磁矩沿外场方向排列而使磁场强化的量度，其值等于单位体积材料中感应的磁矩大小。单位为A/m，与磁场强度H单位一致。mMV5.1.2物质的磁性分类§1.抗磁性：没有固有原子磁矩§2.顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用§3.铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用§4.反铁磁性：有磁矩，直接交换相互作用§5.亚铁磁性：有磁矩，间接交换相互作用§§每一种材料至少表现出其中一种磁性，这取决于材料的成分和结构。(1)抗磁性特征：所感应的磁矩很小，方向与外磁场相反，即磁化强度M为很小的负值

6、。相对磁导率μr＜1，磁化率χ＜0（为负值）。在抗磁体内部的磁感应强度B比真空中的小。抗磁体的磁化率χ约为-10-5数量级。所有材料都有抗磁性。因为它很弱，只有当其它类型的磁性完全消失时才能被观察。如Bi,Cu,Ag,Au(2)顺磁性§有些固体的原子具有本征磁矩；§无外磁场作用时，材料中的原子磁矩无序排列，材料表现不出宏观磁性；§受外磁场作用时，原子磁矩能通过旋转而沿外场方向择优取向，表现出宏观磁性，这种磁性称为顺磁性。特征：在此材料中，原子磁矩沿外磁场方向排列，磁场强度获得增强，磁化强度为正值，相对磁导率μr＞1，磁化率为正值。磁化率χ＞0，也很小，只有10-5～10-2。抗磁

7、体和顺磁体对于磁性材料应用来说都视为无磁性。它们只有在外磁场存在下才被磁化，且磁化率极小。(3)铁磁性§有些磁性材料在外磁场作用下产生很强的磁化强度。材料是否具有铁磁性§外磁场除去后仍保持相当大取决于两个因素：的永久磁性，这种磁性称为(1)原子是否具有由未铁磁性。成对电子，即自旋磁矩贡献的净磁矩(本征§过渡金属铁、钴、镍和某些稀土金属如钆、钇、钐、铕磁矩)等都具有铁磁性。(2)原子在晶格中的排列方式§此材料的磁化率可高达103，M>>H(4)反铁磁性在有些材料中，相邻原子或离子的