磁性物理与性能.pptxVIP

第七章磁性物理与性能

无论是电子、电力、通信、还是空间、计算、生物，乃至家用电器，磁学和磁性材料都是不可缺少的重要部分。公元前2500年我国已有磁性指南——司南的记载，其开创了人类对磁学和磁性材料研究的先河；我国的磁学前辈当数叶企孙（1924年从美国哈佛大学获博士学位回国）、施汝为先生（1931年在国内发表了第一篇磁学研究论文），现我国已有十余所高校、十几个研究所及几百个生产企业从事磁学研究、教学和生产。至少有24次诺贝尔奖得主在磁学领域作出了杰出的贡献；从1900年到1930年，先后确立了金属电子论、顺磁性理论、分子磁场、磁畴概念、X射线衍射分析、原子磁矩、电子自旋、波动力学、铁磁性体理论、金属电子量子论、电子显微镜等相关的的理论。从而形成了完整的磁学科学体系。在此后的20~30年间，出现了种类繁多的磁性材料。12345

在一个通有电流的导线周围铁屑的分布情况对于一根直导线，通过的电流与其产生的磁场的关系图

磁矩01电子绕原子核运动产生电子轨道磁矩；电子本身自旋，产生电子自旋磁矩。03磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量，磁矩越大，磁性越强，即物体在磁场中受的力越大。02任何一个封闭的电流都具有磁矩m，其大小为电流与封闭环型的面积的乘积。04

由个圆环产生的总磁矩是由这些单一圆环产生的磁矩的迭加，即

01磁偶极子：所谓磁偶极子是指强度相等、极性相反并且其距离无限接近的一对“磁荷”。03磁场强度：02磁偶极矩矢量：2、磁偶极子

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，各磁矩有规则取向，使磁介质宏观显示磁性，这就是磁化。01磁化强度M是单位体积的磁矩，表征物质被磁化的程度.023、磁化强度

磁学基本量1磁化强度M2单位体积内具有磁偶极矩矢量和称为磁极化强度；单位体积内具有的磁矩矢量和称为磁化强度，分别表示如下：3和4二者之间存在以下关系

单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m2，是一个辅助物理量。×=μr-1定义为介质的磁化率，反映材料磁化的能力，无量纲，可正可负，取决于材料的不同磁性类别。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。在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B表示，其单位为特斯拉T，是一个基本物理量；μr=μ/μ0为介质的相对磁导率；其中：3、磁场强度

磁性的微观解释磁介质的基本单元：分子01分子内原子中电子的运动：轨道运动——电子轨道磁矩自旋运动——电子自旋磁矩本征磁矩是物质磁性的主要来源02

材料的磁化磁化的相关概念自发磁化和磁畴磁有序物质在无外加磁场的情况下，由于近邻原子间电子的交换作用或其他相互作用，使物质中各原子的磁矩在一定空间范围内呈现有序排列而达到的磁化，称为自发磁化。自发磁化的小区域称之为磁畴。

磁化过程是指处于磁中性状态的强磁性体在外磁场的作用下，其磁化状态随外磁场发生变化的过程。反磁化过程是指强磁性体沿一个方向磁化饱和后，当外磁场逐渐减小或沿相反方向逐渐增加时，其磁化状态随外磁场发生变化的过程。01对磁化过程的宏观描述是磁化曲线，对反磁化过程的宏观描述是磁滞回线。 02磁化过程

材料的磁化P4P3P2P1磁化过程静态磁化动态磁化技术磁化P5内禀磁化

磁化曲线的基本特征M=f（H）或B=f（H）五个阶段：可逆区域——磁场弱瑞利区域——磁场略强（不可逆）最大磁导率区域——中等磁场趋近饱和区域——强磁场顺磁区域——更强磁场

物质的三种磁性

抗磁性物质：磁化率为负值，约为-10-7~-10-7，表明抗磁性一般很微弱。顺磁性物质：磁化率为正值，一般也很小，室温下约为10-5。铁磁性物质：磁化率为正值，室温下其值可达103数量级。铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。但当外场增大时，由于磁化强度迅速达到饱和，其磁化率变小。物质的磁性为什么会有这么不同？其原因是什么？三种磁性物质的磁化特点是

物质的抗磁性和顺磁性物质的磁性和原子的组成及结构有着密切的关系。孤立原子的磁矩决定于原子的结构。由于原子核的自旋磁矩仅为电子磁矩的千分之几，所以原子磁矩主要决定于核外电子的磁矩。

抗磁性涡旋电场使电子的轨道角速度和轨道磁矩都减小，与外磁场方向相反抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。常见的抗磁物质：水、金属铜、碳(C)和大多数有机物和生物组织。抗磁物质的一个重要特点是磁化率不随温度变化。

顺磁性

反铁磁性原子自旋（磁矩）受交换作用而呈现有序排列的序磁材料中,如果相邻原