2024年-磁介質(zhì)的磁化規(guī)律

問題磁場強(qiáng)度是一個輔助矢量已知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對于各向同性線性磁介質(zhì)磁化率相對磁導(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)，甚至是時間的函數(shù)對各向異性磁介質(zhì)

m會因方位不同而不同，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，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)量級為102～106地位和作用類似于

e

32024/5/43兩類分子無外場

有外場

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

無外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場順磁質(zhì)內(nèi)磁場二

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)動在外磁場下的變化電子軌道運(yùn)動為什么會變化？原因：在外磁場下受洛倫茲力

三

抗磁質(zhì)的磁化62024/5/47無外磁場時抗磁質(zhì)分子磁矩為零

抗磁質(zhì)內(nèi)磁場

同向時

反向時抗磁質(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量方向相反電子自旋磁矩若所有電子的總角動量為零，抗磁所有電子的總角動量不為零，順磁82024/5/4考慮電子軌道運(yùn)動，設(shè)電子角速度平行于外磁場求無外磁場時的角速度

0(電子只受庫侖力）加外磁場，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，有同樣結(jié)論，

的方向總與外磁場相同

電子角速度改變將引起電子磁矩改變

總是與外磁場方向相反102024/5/4當(dāng)介質(zhì)處于磁場中時，每個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，只改變角動量方向，不改變其大小

d

以軌道角動量變化為例112024/5/4

d

旋進(jìn)，拉摩進(jìn)動，只改變角動量方向附加角速度和外加磁場反向完全抗磁性：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)測定

132024/5/414矯頑力

當(dāng)外磁場由逐漸減小時，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，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)在交變磁場下反復(fù)磁化時，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)電動勢做功152024/5/4證明：以有閉合鐵芯的螺繞環(huán)為例

設(shè)dt時間內(nèi)，鐵芯中磁通改變?yōu)閐

電源抵抗感應(yīng)電動勢做功162024/5/4

磁疇無外磁場有外磁場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。未有外磁場時鐵磁質(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——BC段e：趨于飽和的階段——CS段在外磁場撤消后，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)烈震動會瓦解磁疇

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??；有的BR小，通電后立即磁化獲得強(qiáng)磁場，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：主要有存儲裝置和寫入、讀出設(shè)備。存儲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——磁場讀出過程：將磁記錄介質(zhì)的磁場——電信號磁記錄介質(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導(dǎo)致介質(zhì)中晶格間距的改變

磁電阻材料磁場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。諾貝爾評委會主席佩爾·卡爾松用兩張圖片的對比說明了巨磁阻的重大意義：一臺1954年體積占滿整間屋子的電腦，和一個如今非常普通、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。諾貝爾獎并不總是代表著深奧的理論和艱澀的知識，有時就在我們身邊，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，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