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1、第一节 基本磁学量,第二节 磁化状态下磁体中的静磁能量,第三节 物质按磁性分类,第四节 磁性材料的磁化曲线和磁滞回线,返回,放 映 结 束,第一章 物质磁性概述,一、磁矩 m (仿照静电学),永磁体总是同时出现偶数个磁极。,磁体无限小时，体系定义为磁偶极子,偶极矩： 方向：-m指向+m单位：Wbm,第一节 基本磁学量,思考：磁体内、外部H和B的取向有无不同？,正磁极正磁荷+m,负磁极负磁荷-m,用环形电流描述磁偶极子：,磁矩： 单位：A m2 二者的物理意义： 表征磁偶极子磁性强弱与方向,电子的轨道运动相当于一个恒定的电流回路，必有一个磁矩（轨道磁矩），但自旋也会产生磁矩（自旋磁矩），自旋磁矩
2、是基本粒子的固有磁矩。,二、磁化强度 M （描述宏观磁体磁性强弱程度） 单位体积的磁体内,所有磁偶极矩的 jm或磁矩m的矢量和 ，分别为：,磁极化强度：,磁 化 强 度：,二者物理意义：描述磁体被磁化的方向与强度,比磁化强度（单位质量磁体内具有的磁矩矢量和）,三、磁场强度 H 与与磁感应强度 B 均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量）1、H ：静磁学定义H为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小，方向与正磁荷在该处所受磁场力方向一致。,实际应用中，往往用电流产生磁场，并规定H的单位在SI制中，用1A的电流通过直导线，在距离导线r= 米处，磁场强度即为1A /m。,常见的几种电流产生磁场的形式为：1
3、、无限长载流直导线：,方向是切于与导线垂直的且以导线为轴的圆周,2、直流环形线圈圆心：,r为环形圆圈半径，方向由右手螺旋法则确定。,3、无限长直流螺线管：,n：单位长度的线圈匝数，方向沿螺线管的轴线方向,2、磁感应强度B,SI制中，,自由真空中M=0，B与H平行， 磁体内部，B与H不一定平行，,单位：B：T或Wbm2；H：A/m； M：A/m；J： Wbm2,磁学量的单位制：,使用Gauss单位制时，,此时，B的单位为G，H的单位为Oe，0=1G / Oe 式中M为磁极密度，单位为G，4M为磁通线的密度。SI制与Gauss制间的转换 B：1G=10-4T H：103A m-1的H有4 Oe的值
4、， 103/4 A m-1=79.577A m-1=1 Oe,和,磁矩： 在Gauss单位制中0=1G / Oe ，则磁偶极矩与磁矩无差别，通称为磁矩，单位为电磁单位（e.m.u） 1e.m.u(磁偶极矩) 4 1010 Wbm 1e.m.u(磁矩) 103A m2磁化强度： Gauss单位制中，磁极化强度（J）与磁化强度（M）相同，单位：G,四：磁化率与磁导率 磁体置于外磁场中磁化强度M将发生变化（磁化）。,其中称为磁体的磁化率，是单位H在磁体内感生的M，表征磁体磁化难易程度,令：（1 )B/0H (相对磁导率，表征磁体 磁性、导磁性及磁化难易程度） 单位：T m/A或H/mSI制中,绝对磁
5、导率：绝对B/H 绝对/ 0,磁导率的不同定义：1、起始磁导率,2、最大磁导率max,3、振幅磁导率,4、增量磁导率,5、可逆磁导率rev,6、复数磁导率,所有磁导率的值都是H的函数：,一、外磁场能,磁体由于本身的磁偶极矩Jm与H间的相互作用，产生一力矩：,第二节 磁化状态下磁体中的静磁能量,=00 ，L最小，处于稳定状态 0，L 0，不稳定，会使磁体转到与H方向一致，这就要做功，相当于使磁体在H中位能降低。即：磁体在磁场中位能：,（逆时针方向为正）,单位体积中外磁场能（即磁场能量密度）,FH是各向异性的能量,二、退磁场与退磁能量 1、退磁场 有限几何尺寸的磁体在外磁场中被磁化后，表面将产生磁
6、极，从而使磁体内部存在与磁化强度M方向相反的一种磁场，起减退磁化的作用，称为退磁场Hd。 Hd 的大小与磁体形状及磁极强度有关。若磁化均匀，则Hd 也均匀，且与M成正比：,其中N为退磁因子，只与磁体几何形状有关。,2、简单几何形状磁体的退磁因子N对于旋转椭球体，三个主轴方向退磁因子之和：,由此可求出： 球 体：N=1/3 细长圆柱体：Na = Nb = 1/2, Nc = 0 薄圆板体： Na = Nb = 0, Nc = 1,3、退磁场能量 指磁体在它自身的Hd 中所具有的能量,适用条件：磁体内部均匀一致，磁化均匀。 形状不同或沿不同的方向磁化时，Fd也不同，这种因形状不同而引起的能量各向异
7、性的特征形状各向异性。,从实用的观点，根据磁化率（M/H）大小与符号，可分为五种：,第三节 物质按磁性分类,一、抗磁性 对于电子壳层被填满的物质，其磁矩为零。在外磁场作用下，电子运动将产生一个附加的运动（由电磁感应定律而定），出现附加角动量，感生出与H反向的磁矩。因此： d0，且| d|105，与H、T无关。,实例：惰性气体、许多有机化合物、某些金属（Bi、Zn、Ag、Mg）、非金属（如：Si、P、S）二、顺磁性 顺磁性物质具有一固有磁矩，但各原子磁矩取向混乱，对外不显示宏观磁性，在磁场作用下，原子磁矩转向H方向，感生出与H一致的M。所以， p0，但数值很小（显微弱磁性）。室温下P：10310
8、6。如：稀土金属和铁族元素的盐。,其中：C为居里常数，TP为顺磁性居里温度。,三、反铁磁性,即在TTN（奈尔温度）时， af 最大。,TTN时，其内部磁结构按次晶格自旋成反平行排列，每一次晶格的磁矩大小相等、方向相反，故它的宏观磁性等于零，只有在很强的外磁场作用下才能显示出微弱的磁性。实例：过渡族元素的盐类及化合物，如MnO，CrO, CoO等,O,四、铁磁性 内部原子磁矩按磁畴自发平行取向，有宏观磁性,只要在很小的磁场作用下就能磁化到饱和。 其f0（约为10106），有磁滞现象。 当 TTC 时，铁磁性转变为顺磁性，服从居里外斯定律。 实例：3d金属Fe，Co，Ni，4f金属铽、铒、铥、钬、
9、等以及很多合金与化合物。,五、亚铁磁性,内部磁结构却与反铁磁性相同，但相反排列的磁矩大小不等量。故亚铁磁性具有宏观磁性（未抵消的反铁磁性结构的铁磁性）。 m0 ，大小为1 103 典型代表为铁氧体。,前三种为弱磁性，后两种为强磁性，具有此二性的材料叫磁性材料，按其被应用的性能，磁性材料可分为软磁、永磁、旋磁、矩磁、亚磁五类）,O,一、磁化曲线表示磁场强度H与所感生的B或M之间的关系O点：H0、B0、M0，磁中性或原始退磁状态OA段：近似线性，起始磁化阶段AB段：较陡峭，表明急剧磁化HHm后，M逐渐趋于一定值MS（饱和磁化强度），而B则仍不断增大(原因?)由BH（MH）曲线可求出或 ,第四节 磁
10、化曲线与磁滞回线,二、磁滞回线,从饱和磁化状态开始，再使磁化场减小，B或M不再沿原始曲线返回。当H0时，仍有一定的剩磁Br或Mr。,为使B（M）趋于零，需反向加一磁场，此时H=Hc称为矫顽力。BHC：使B0的Hc。MHC： M0时的Hc（内禀矫顽力）一般| BHC | | MHC |,Hc是表征材料在磁化后保持磁化状态的能力。,通常以Hc划分软磁、永磁、半永磁材料：,:软磁:硬磁:半硬磁,H从正的最大到负的最大，再回到正的最大时，BH或MH形成一封闭的曲线磁滞回线。（磁材的重要特性之一) 磁滞回线的第二象限为退磁曲线（依据此考察硬磁材料性能）,(BH)为磁能积，表征永磁材料中能量大小。 (BH)max 是永磁的重要特性参数之一。,将退磁曲线上的 对B作用，可得 对B的关系曲线。,磁化曲线与磁滞回线是磁性材料的重要特征，能反映许多磁特性，如： 、 MS(Bs)、Mr(Br)、 BHC(MHC)、 (BH)max 等。,思考题：1.设铁磁体为开有小缺口L1的圆环，其圆环轴线周长为L2，当沿圆环周均匀磁化时，该铁磁体的磁化强度为M，试推导在缺口处产生的退磁场强度Hd。2.按照磁化率的符号及大小，物质磁性可以分为几类？各自的基本磁结构如何？其-T关系曲线怎么样？,无限长直流螺线管,直流环形线圈圆心,
