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* 第四章 材料的磁学性能 P 130 本章内容 材料的基本磁学性能 物质的磁性及其物理本质 磁畴及技术磁化 磁性材料 I、材料的基本磁学性能 磁性：磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁性的强弱。任何物质都具有磁性，只是种类和强弱不同。 磁化及磁介质：物质在磁场中受磁场的作用而表现出磁性的过程称为磁化。能够被磁化的物质叫做磁性物质或磁介质。 磁场：如果将两个磁极靠近，在两个磁极之间产生作用力——同性相斥和异性相吸。磁极之间的作用力是在磁极周围空间传递的，这里存在着磁力作用的特殊物质，称之为磁场。磁场的强弱可以用假想的磁力线数量来表示，磁力线密的地方磁场强，磁力线疏的地方磁场弱。单位截面上穿过的磁力线数目称为磁通量密度。 1. 磁矩 （P130） 磁矩是描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量，表征磁性物体磁性的大小，磁矩越大，磁性越强，即物体在磁场中受的力也越大。 J = Pm×B 式中：J为矢量积，B为磁感应强度。 在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J为： 磁源于电：一个环形电流周围的磁场犹如一条形磁体的磁场，具有磁矩Pm，其大小为电流与封闭环形面积的乘积，其方向符合右螺旋法则。 式中：m – 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。 Pm= nIS 对于一般磁介质，无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不一，宏观无磁性。但在外磁场作用下，各磁矩有规则地取向，使磁介质宏观显示磁性，完成磁化过程。 为了描述物质的磁化状态和衡量其磁性强弱，引入磁化强度的概念，磁化强度M是单位体积的总磁矩： 2. 磁化强度（P130） 磁化强度M是反映物质磁化状态（强度和方向）的物理量。 M可正、可负，由磁体内磁矩矢量和的方向决定，因而磁化了的磁介质内部的磁感应强度B可能大于，也可能小于磁介质不存在时真空中的磁感应强度B0。 3. 磁化率（P131） 为了确定材料的磁化强度M与外磁场强度H、温度T之间的关系，引入磁化率的概念。 在给定的外界条件（T－常数），磁化率等于磁化强度M与磁场强度H之比。 式中：χ为介质的磁化率，反映材料磁化的难易程度，无量纲，可正可负，是物质磁性分类的主要依据。 4. 磁感应强度和磁导率（P133） 材料在磁场强度为H的外加磁场（直流、交变或脉冲磁场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为磁感应强度B，即在强度为H的磁场中被磁化后，物质内磁场强度的大小。 在真空中，磁感应强度为： 式中μ0为真空磁导率 式中：μ为磁导率，是磁性材料最重要的物理量之一，反映了介质的特性，表示材料在单位磁场强度的外加磁场作用下，材料内部的磁通量密度。 在磁介质中，磁感应强度与磁场强度的关系为： 磁通密度 B (Wb/m2) 电流密度 J (A/m2) 磁通量 Ф (Wb) 电流强度 I (A) 磁学物理量 (单位) 电学物理量 (单位) 磁导率 μ (H/m) 电导率σ (Ω-1·m-1) 磁化率χ 极化率α 磁化强度 M(Wb/m2) 极化强度 P (C/m2) 磁矩 Pm (Wb·m) 电偶极矩 μ (C·m) 磁场强度 H (A/m) 电场强度 E (V/m) 磁学与电学基本物理量的比较 II、物质的磁性及其物理本质 一、物质磁性的基础（P135） Orbital Spin 轨道磁矩 自旋磁矩 ? 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。 ?自旋磁矩 每个电子本身有自旋运动产生一个沿自旋轴方向的磁矩，即自旋磁矩。 ? 原子的磁距主要由电子的磁距组成，而电子的磁距又是其轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和（原子固有磁距）。 ? 原子是否具有磁矩，取决于其具体的电子壳层结构。 如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个球形对称的集体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相抵消，此时原子本征磁矩Pm=0。 若有末被填满的电子壳层，这个壳层的电子总磁矩不为零，则原子就具有对外的永久磁矩。 原子磁矩的确定 原子固有磁矩的存在与否以及原子间的相互作用使物质表现出不同的磁性。 根据物质磁性的强弱和磁化率的正负，可将物质的磁性分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。 二、磁性的分类 对原先不存在宏观磁性的材料，施加一个从零逐渐增大的磁场，则对不同的材料可得到不同的M-H关系曲线，即基本磁化曲线。 P