磁性物理磁學(xué)基礎(chǔ)知識

磁性物理磁學(xué)基礎(chǔ)知識演講人：日期：目錄磁學(xué)概述磁場與磁力線磁性材料與分類磁效應(yīng)及磁現(xiàn)象電磁感應(yīng)與電磁波磁學(xué)實驗技術(shù)與測量方法磁學(xué)在現(xiàn)代科技中應(yīng)用01磁學(xué)概述PART磁學(xué)定義磁學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的一個重要分支，研究磁、磁場、磁材料、磁效應(yīng)、磁現(xiàn)象及其實際應(yīng)用。磁學(xué)特點磁學(xué)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，包括地球科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等。磁學(xué)定義與特點學(xué)術(shù)性論述法國學(xué)者皮?！さ埋R立克（PierredeMaricourt）于公元1269年寫成最早出現(xiàn)的幾個學(xué)術(shù)性論述之一，仔細(xì)標(biāo)明了鐵針在塊型磁石附近各個位置的定向，并描繪出很多條磁場線。現(xiàn)代磁學(xué)磁學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代物理學(xué)的一個重要分支，涵蓋了磁性材料、磁效應(yīng)、磁現(xiàn)象等多個研究方向。早期研究最早出現(xiàn)的幾副磁場繪圖之一，繪者為勒內(nèi)·笛卡爾，時間是1644年。磁學(xué)發(fā)展歷程地球科學(xué)磁學(xué)在地磁場、地球磁場等方面的研究有助于我們了解地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和演化歷史。生物醫(yī)學(xué)磁學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如核磁共振成像（MRI）等技術(shù)。材料科學(xué)磁學(xué)在磁性材料的研究中發(fā)揮著重要作用，如磁記錄材料、磁傳感器等。030201磁學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域02磁場與磁力線PART磁場概念及性質(zhì)磁場定義磁場是傳遞實物間磁力作用的場，由運動著的微小粒子構(gòu)成，看不見、摸不著，具有粒子的輻射特性。磁場產(chǎn)生磁場由電流、運動電荷或磁體產(chǎn)生，磁體間的相互作用通過磁場作為媒介。磁場方向磁場方向為小磁針靜止時北極所指的方向，也是磁力線在該點的切線方向。磁場基本性質(zhì)對放入其中的磁體產(chǎn)生磁力的作用，具有力的特性。磁力線是用來形象地描述磁場分布和方向的曲線，并非實際存在的線。磁力線總是閉合的，不會中斷；在磁體外部，磁力線從N極指向S極；在磁體內(nèi)部，磁力線從S極指向N極。磁體周圍的磁力線分布越密集，表示該處的磁場越強；反之，磁力線越稀疏，磁場越弱。表示該點的磁場方向，也是小磁針在該點靜止時北極所指的方向。磁力線分布與特點磁力線概念磁力線特點磁力線分布磁力線切線方向磁場強度與磁通量磁場強度01描述磁場強弱和方向的物理量，其大小等于單位正電荷在該點所受的最大磁場力。磁通量02描述磁場對某一面積的影響程度，等于穿過該面積的磁感線的總數(shù)。當(dāng)磁感線與平面垂直時，磁通量最大；當(dāng)磁感線與平面平行時，磁通量為零。磁感應(yīng)強度與磁通量的關(guān)系03磁感應(yīng)強度越大，穿過某一面積的磁感線越多，磁通量也就越大。但磁通量還受磁感線與平面夾角的影響，當(dāng)磁感線與平面垂直時，磁通量達(dá)到最大。磁通量變化04當(dāng)磁場或面積發(fā)生變化時，磁通量也會相應(yīng)地發(fā)生變化，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基礎(chǔ)。03磁性材料與分類PART磁性材料定義對磁場作出某種方式反應(yīng)的材料，按照物質(zhì)在外磁場中表現(xiàn)出來磁性的強弱，可分為抗磁性物質(zhì)、順磁性物質(zhì)、鐵磁性物質(zhì)、反鐵磁性物質(zhì)和亞鐵磁性物質(zhì)。特性磁性材料定義及特性大多數(shù)材料是抗磁性或順磁性的，它們對外磁場反應(yīng)較弱。鐵磁性物質(zhì)和亞鐵磁性物質(zhì)表現(xiàn)強磁性，是磁性材料的主要組成部分。0102VS具有低矯頑力和高磁導(dǎo)率的磁性材料，指當(dāng)磁化發(fā)生在Hc不大于1000A/m的材料。典型軟磁材料可以用最小的外磁場實現(xiàn)最大的磁化強度，如純鐵、鐵鎳合金等。硬磁材料一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料，又稱“永磁材料”。硬磁材料工作于深度磁飽和及充磁后磁滯回線的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料等。軟磁材料軟磁材料與硬磁材料磁記錄材料用于磁記錄系統(tǒng)的材料，如磁帶、磁盤等。這類材料具有高矯頑力和高剩磁特性，以保證磁記錄的穩(wěn)定性和可靠性。其他類型磁性材料磁制冷材料利用磁制冷效應(yīng)實現(xiàn)制冷的材料。磁制冷材料具有制冷效率高、環(huán)保無污染等優(yōu)點，是未來制冷技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。磁傳感器材料用于制作磁傳感器的材料，如磁電阻材料、磁敏二極管等。這類材料對磁場敏感，可將磁場轉(zhuǎn)化為電信號，廣泛應(yīng)用于磁測量、磁場探測等領(lǐng)域。04磁效應(yīng)及磁現(xiàn)象PART磁化現(xiàn)象與磁飽和01磁性材料在外加磁場的作用下，內(nèi)部的磁矩有序排列，使得整個材料表現(xiàn)出磁性的過程。磁性材料在外加磁場增加到一定程度時，磁化強度達(dá)到最大值，此時即使繼續(xù)增加磁場強度，磁化強度也不再增加的現(xiàn)象。磁飽和的磁化強度與材料的微觀結(jié)構(gòu)和磁性顆粒的性質(zhì)有關(guān)，同時受到溫度、磁場強度等因素的影響。0203磁化現(xiàn)象磁飽和影響因素磁滯損耗鐵磁材料在反復(fù)磁化過程中因磁滯現(xiàn)象而消耗的能量，磁滯損耗的大小與材料的磁滯回線面積成正比。磁滯現(xiàn)象鐵磁體在磁化過程中，磁感應(yīng)強度與磁場強度之間不是單值函數(shù)關(guān)系，當(dāng)磁場強度減小為零時，磁感應(yīng)強度并不為零的現(xiàn)象。磁滯回線磁滯現(xiàn)象可以用磁滯回線來描述，它是磁場強度與磁感應(yīng)強度之間的閉合曲線。磁滯現(xiàn)象與磁滯損耗渦流的應(yīng)用渦流效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于渦流檢測、感應(yīng)加熱等領(lǐng)域。渦流的影響渦流會導(dǎo)致金屬發(fā)熱、產(chǎn)生磁噪聲等不良影響，同時也會對電磁設(shè)備造成一定的電磁干擾。渦流效應(yīng)塊狀金屬在變化的磁場中，或在非均勻的磁場中運動時，金屬內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而產(chǎn)生渦流的現(xiàn)象。渦流效應(yīng)及其影響05電磁感應(yīng)與電磁波PART電磁感應(yīng)現(xiàn)象描述磁場變化時，會在導(dǎo)體中產(chǎn)生電動勢，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象。電磁感應(yīng)原理及應(yīng)用01法拉第電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢大小與磁通量變化率成正比，是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的基本定律。02楞次定律感應(yīng)電流的方向總是要阻礙引起感應(yīng)的磁通量變化，揭示了電磁感應(yīng)中的方向性。03應(yīng)用發(fā)電機、變壓器、電磁鐵等電器設(shè)備都是基于電磁感應(yīng)原理工作的。04電磁波的產(chǎn)生由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中衍生發(fā)射形成。傳播特點電磁波具有波粒二象性，既能像波一樣傳播，也能像粒子一樣具有能量和動量。傳播方式電磁波在真空中以光速傳播，且傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面。電磁波譜按照波長從長到短的順序，電磁波可分為無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和γ射線等。電磁波產(chǎn)生與傳播電磁波譜及性質(zhì)電磁波譜是描述電磁波按照波長或頻率排列的譜系，不同波長的電磁波具有不同的特性和應(yīng)用。無線電波波長最長，具有較強的穿透能力和衍射能力，廣泛用于廣播、通信等領(lǐng)域。微波波長介于無線電波和紅外線之間，具有直線傳播、反射和穿透特性，常用于雷達(dá)、微波爐等。紅外線波長比可見光長，熱效應(yīng)顯著，常用于遙感、測溫、加熱等方面。06磁學(xué)實驗技術(shù)與測量方法PART利用磁強計測量磁場強度和方向，包括霍爾效應(yīng)磁強計、磁阻磁強計、磁通門磁強計等。磁強計測量法利用核磁共振現(xiàn)象測量磁場，具有高精度和高靈敏度。核磁共振法利用電子在磁場中的運動軌跡測量磁場，如磁電子效應(yīng)磁強計。電子磁強計測量法磁場測量技術(shù)與方法磁性材料性能測試技術(shù)磁化曲線和磁滯回線的測量通過測量磁化曲線和磁滯回線，可以了解磁性材料的磁性質(zhì)，如飽和磁化強度、剩余磁化強度、矯頑力等。磁學(xué)性質(zhì)的溫度依賴性測試在不同溫度下測量磁性材料的磁性質(zhì)，可以研究磁性材料的溫度特性，如居里溫度、磁熵效應(yīng)等。交流磁化率的測量測量磁性材料在交流磁場下的磁化率，可以研究磁性材料的動態(tài)磁性質(zhì)，如磁導(dǎo)率、磁損耗等。數(shù)據(jù)處理與誤差分析對實驗數(shù)據(jù)進行處理和分析，得出準(zhǔn)確的實驗結(jié)果，并進行誤差分析和討論，提高實驗的可靠性和精度。實驗設(shè)計根據(jù)實驗?zāi)康暮痛判圆牧系男再|(zhì)，選擇合適的實驗方法和技術(shù)，設(shè)計合理的實驗方案。實驗操作掌握各種磁學(xué)實驗設(shè)備的操作方法和注意事項，如電磁鐵的使用、樣品的處理和放置、測量參數(shù)的選擇等。磁學(xué)實驗設(shè)計與操作技巧07磁學(xué)在現(xiàn)代科技中應(yīng)用PART磁記錄是信息存儲和讀取的重要方式，具有高密度、穩(wěn)定可靠、可反復(fù)擦寫等優(yōu)點。磁記錄技術(shù)如磁盤、磁帶等，是信息技術(shù)中重要的數(shù)據(jù)存儲和傳輸媒介。磁信息存儲器件磁盤存儲器(硬盤、軟盤)、磁帶存儲器等。磁存儲系統(tǒng)磁存儲在信息技術(shù)中作用磁流體發(fā)電利用磁流體動力學(xué)原理，將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電方式。磁流體推進技術(shù)利用磁流體動力學(xué)原理，將電能轉(zhuǎn)換為流體的動能，從而驅(qū)動船舶、潛艇等水下航行器。磁流體熱交換器利用磁流體動力學(xué)原理，提高熱交換效率，在能源利用和化工過程中有廣泛應(yīng)用。030201磁流體動力學(xué)在能源領(lǐng)域應(yīng)