1磁学的基础知识
磁学的基础知识与应用
磁学的基础知识与应用磁学是研究磁场与磁性物质相互作用的科学，对于我们的生活和工作有着广泛的应用。
本文将介绍磁学的基础知识和一些常见的应用领域。
一、磁场的基本特性磁场是指周围有磁性物质时产生的一种特殊物理场。
它的主要特性有以下几个方面：1. 磁场线：磁场通过磁感线来表示，磁感线由北极指向南极，呈现出一定的形状。
在磁场比较强的地方，磁感线比较密集，而在磁场较弱的地方，磁感线则相对稀疏。
2. 磁力线：磁感线上的每一点都表示了该点上的磁力的大小和方向。
磁力线越密集，说明磁力越大。
磁感线的方向表示了磁力的方向，磁力线之间不能相交。
3. 磁极：磁场是由磁极产生的，磁极又分为南极和北极。
同性相斥，异性相吸。
磁极具有吸引磁性物质、指向南北方向等特点。
二、磁性物质和磁性现象磁性物质是指具有磁性的物质，根据其性质可以分为铁、镍、钴等常见的铁磁性物质，以及由铁磁性物质施加外部磁场后才表现出磁性的顺磁性物质和抗磁性物质。
在磁性物质中，最典型的是铁磁性物质。
当外部施加磁场时，铁磁性物质内部的微小磁偶极子将会被磁场所排列，导致整个物质获得磁性。
而顺磁性物质会受到磁场的作用，但磁化强度相对较弱；抗磁性物质受到磁场的作用时，磁极短暂发生变化。
三、磁学的应用领域磁学在科技和生活中都有重要的应用，下面我们将介绍一些常见的应用领域：1. 电机与发电机：电动机与发电机是利用磁力与电流的相互作用实现能量转化的设备。
电动机将电能转化为机械能，实现物体的运动；发电机则将机械能转化为电能，供电使用。
2. 磁存储：磁学在计算机和存储器领域有着重要的应用。
硬盘存储使用的就是磁性材料，通过改变磁场中的磁位，实现信息的存储和读取。
3. 医学成像：核磁共振成像（MRI）是一种医学成像技术，通过调整磁场和放射频波的作用，获取人体内部器官的影像。
这种方法能够在不使用X射线这样的有害辐射的情况下获得高质量的影像，并在临床上广泛应用。
4. 磁悬浮列车：磁悬浮列车利用超导磁体产生强大的磁场，通过磁力与磁铁相互作用，使列车悬浮起来并运行在导向轨道上，实现高速运输。
初中物理磁学知识点
初中物理磁学知识点一、磁现象1. 磁性物体能够吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。
具有磁性的物体叫磁体。
磁体有天然磁体（如磁石）和人造磁体。
2. 磁极磁体上磁性最强的部分叫磁极。
磁体有两个磁极，分别叫南极（S极）和北极（N极）。
同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
3. 磁化使原来没有磁性的物体获得磁性的过程叫磁化。
例如，用磁体靠近或接触大头针，大头针就会被磁化而具有磁性。
二、磁场1. 磁场的概念磁体周围存在着一种看不见、摸不着的物质，能使磁针偏转，这种物质叫磁场。
2. 磁场的方向在磁场中的某一点，小磁针静止时北极所指的方向就是该点的磁场方向。
3. 磁感线为了形象地描述磁场，在磁场中画一些有方向的曲线，曲线上任何一点的切线方向都跟放在该点的磁针北极所指的方向一致，这样的曲线叫磁感线。
磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线从N极出发，回到S极；在磁体内部，磁感线从S极指向N极。
磁感线的疏密程度表示磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强。
三、地磁场1. 地磁场的存在地球周围存在着磁场，叫地磁场。
2. 地磁场的特点地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近。
小磁针静止时能指南北就是因为受到地磁场的作用。
四、电流的磁效应1. 奥斯特实验1820年，丹麦物理学家奥斯特发现：通电导线周围存在着磁场，其方向与电流方向有关。
奥斯特实验表明电流周围存在磁场，这是第一个揭示电和磁之间有联系的实验。
2. 通电螺线管的磁场通电螺线管外部的磁场和条形磁体的磁场相似。
通电螺线管的磁场方向与电流方向有关，可以用安培定则（右手螺旋定则）来判断：用右手握住螺线管，让四指指向螺线管中电流的方向，则大拇指所指的那端就是螺线管的N极。
五、电磁铁1. 电磁铁的构造电磁铁是带有铁芯的螺线管。
2. 电磁铁的特点电磁铁磁性的有无可以通过通断电来控制。
电磁铁磁性的强弱与电流大小、线圈匝数有关。
电流越大、线圈匝数越多，电磁铁的磁性越强。
电磁铁的磁极方向可以通过改变电流方向来控制。
第一章磁学基础知识
向量微分算子，Nabla算子
f ( pM )B
=[（PMxi
PMy
j
PMz
k）(
x
i
y
j
z
k )](Bxi
By
j
Bzk )
=(PMx =(PMx
x
PMy
y
PMz
z
)(Bxi
By
j
Bzk )
Bx x
PMy
Bx y
PMz
Bx z
)i
H
j
D , t
(PMx
By x
PMy
By y
PMz
PJ 和 PM JM
分别描写同一个物理量，单位不同。引进 两种单位的量是因为在不同场合选用其中 一种单位的量更方便。
磁单极子学说由诺贝尔物理学奖获得者英国物理学家狄拉克于1931年提出以 来，到现在一直受到实验观测和理论研究的重视。这是因为磁单极子问题不 仅涉及物质磁性的一种来源，电磁现象的对称性，而且还同宇宙早期演化理 论及微观粒子结构理论等有关，故成为科学界关注的一个重要问题。但目前
nm
n
n 为每mol 物质的量
在文献中还常使用比磁化强度σ的概念：[A﹒m2﹒kg-1]
M
绝对磁导率 相对磁导率
B [H m] H
r
B 0 H
r
0
r
B
0 H
0 (M H ) 0 H
M H
1
1
表征材料对 磁场的响应
磁化率和磁导率 以不同方式表述了材料对外磁场的响应，反映了
材料最重要的性质。因为是两个矢量之间的关系，所以一般情况下它们都 是张量。
By z
)j
(PMx
磁学基础知识
磁现象及磁学物理量
pm
0 m
pe ql
pm qm l
m
iS
电偶极矩 磁偶极矩 磁矩
0 : 真空磁导率
4 107 H / m (SI )
1 (CGS)
磁化强度M 磁极化强度J
M
m
V
J
p
V
J 0M
（ESU）
kC kA c2
（EMU） 电流的定义式
CGS单位制（cm, g, s）：高斯和韦伯发展起来
磁矩：emu（electric magnetic unit）
1emu 1Biot1cm2 10 A 1cm2 103 Am2
磁化强度M：高斯（G）
1G
1emu 1cm3
原子磁矩的来源： 电子自旋和电子运动
0
抗磁性
交换作用 拉莫尔进动
交换作用
交换作用是一种量子力学效应，
Eij 2Ji j Si S j
Ji j 称为交换积分
我们把这种交换作用等价为磁场Hm，称之为外斯分子场。
分子场的数量级大约在1000T左右！ 交换作用是一种短程相互作用。
Ji j 0 铁磁性
(1 sin2 )
2
K sin2 c
一维纳米线：
K
0
M
2 s
2
Em
0
M
2 s
4
sin2
感生各向异性 磁场感生各向异性
应力感生各向异性
Ku
3 2
第一章1 磁学的基础知识
本章回顾和总结我们在《电磁学》，《原子物理》 等基础课中已经学习过的有关磁性知识，明确和统一我 们将要用到的相关物理量的定义、符号、单位及相关公 式，建立起我们深入学习的平台；归纳和总结物质磁性 的宏观表现，明确本课程要解决的问题。这些内容都是 最基础的，最常用的，也是大家必须掌握和熟悉的。
1.1
磁性、磁场和基本磁学量
磁场：在场内运动的电荷会受到作用力的物理场。
电磁学给出的定义：(见胡有秋等电磁学p202)
F qv B
F：运动电荷 q 受到的力； q：电荷量； v： 电荷运动速度；
B 称作磁通密度或磁感应强度，是表征磁场方向和大小 的物理量。其单位是 ：特斯拉（T = N· A-1m-1 = Wb· m-2）。 这里和使用电场强度 E 表述电场大小和方向不同的原 因是因为在采用运动电荷受力确定磁场之前，磁场强度 H 这个名字已经被用于其它的定义。在有磁介质存在的情况下， 磁场是传导电流产生的外磁场和介质磁化以后产生的附加 磁场的矢量叠加。而为了方便地表达出有磁介质存在时的磁 场规律，仍保留沿用了已有确切定义的磁场强度概念。
J : 1Gs 4 104 T M :1Gs 103 A m 1
而磁感应强度 B 在两个单位制中的变换是：
B :1Gs 104 T
这是由于两个物理量在两种单位制中的关系不同造成的。 2. 从实用观点看，单位制问题，主要就是两种单位制之间的 换算问题，解决办法就是建立一个换算表。
Wb A1
Wb m2 H m1 A m1
有些文献中两个量的名称不加区别，但我们可以从它 使用的单位中加以区分。
磁性物质在外磁场中磁化，磁化强度 M 和外磁场 强度 H 之间的关系是：
磁学基础知识
磁学基础知识一、磁性材料1.磁性：物体吸引铁、镍、钴等物质的性质。
2.磁体：具有磁性的物体。
3.磁极：磁体上磁性最强的部分，分为南极和北极。
4.磁性材料：具有磁性的物质，如铁、镍、钴及其合金。
5.硬磁材料：一经磁化，磁性不易消失的材料，如铁磁性材料。
6.软磁材料：磁化后，磁性容易消失的材料，如软铁、硅钢等。
7.磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质，它影响着磁体和铁磁性物质。
8.磁场线：用来描述磁场分布的假想线条，从磁南极指向磁北极。
9.磁感线：用来表示磁场强度和方向的线条，从磁南极出发，回到磁北极。
10.磁通量：磁场穿过某一面积的总量，用Φ表示，单位为韦伯（Wb）。
11.磁通密度：单位面积上磁通量的大小，用B表示，单位为特斯拉（T）。
三、磁场强度1.磁场强度：磁场对单位长度导线所产生的力，用H表示，单位为安培/米（A/m）。
2.磁感应强度：磁场对放入其中的导线所产生的磁力，用B表示，单位为特斯拉（T）。
3.磁化强度：磁性材料内部磁畴的磁化程度，用M表示，单位为安培/米（A/m）。
4.磁化：磁性材料在外磁场作用下，内部磁畴的排列发生变化，产生磁性的过程。
5.顺磁性：磁化后，磁畴的排列与外磁场方向相同的现象。
6.抗磁性：磁化后，磁畴的排列与外磁场方向相反的现象。
7.铁磁性：磁化后，磁畴的排列在外磁场作用下，相互一致的现象。
8.磁路：磁场从磁体出发，经过空气或其他磁性材料，到达另一磁体的路径。
9.磁阻：磁场在传播过程中遇到的阻力，类似于电学中的电阻。
10.磁导率：材料对磁场的导磁能力，用μ表示，单位为亨利/米（H/m）。
11.磁芯：具有高磁导率的材料，用于集中和引导磁场。
六、磁现象的应用1.电动机：利用电流在磁场中受力的原理，将电能转化为机械能。
2.发电机：利用磁场的变化在导体中产生电流的原理，将机械能转化为电能。
3.变压器：利用电磁感应原理，改变交流电压。
4.磁记录：利用磁性材料记录和存储信息，如硬盘、磁带等。
磁性材料与器件-第一章-磁学基础知识
Jm 0 M
(A m 1 )
Page 5
Page 6
1.1.3 磁场强度H与磁感应强度B
物理意义：均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量）
1、磁场强度H (magnetic intensity) ：(静磁学定义)
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。
为了方便研究物质磁性的起因，我们可以按其在磁场
中的表现把物质进行分类， 例如依据磁化率的正负、大 小及其与温度的关系来进行分类。
随着研究的深入，分类也在不断完善和细化，到上个 世纪 70 年代为止，在晶状固体里，共发现了五种主要类 型的磁结构物质，它们的形成机理和宏观特征各不相同， 对它们的成功解释形成了今天的磁性物理学核心内容。 上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴 起，又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化 之中，课程会做初步介绍。
MS（饱和磁化强度），而B
则仍不断增大(原因?) 由B－H（M－H）曲线可求 出或
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磁化曲线是反映材料特性的基本曲线，从中可以得到标志
材料的参量：饱和磁化强度Ms、起始磁化率a 和最大磁化率m。
Ms
Ms可以理解为该温 度下的自发磁化
强度M0
顺磁性物质磁化曲线 抗磁性物质磁化曲线
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1.3.2 磁滞回线
从饱和磁化状态开始，再使磁场H减小，B或M不再沿原
始曲线返回。当H＝0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B＝0的Hc M HC ：
(磁感矫顽力）。
M＝0时的Hc（内禀矫顽力）
一般| BHC | <
磁学基础知识
磁学基础知识磁学是物理学的一个分支，主要研究的是磁场与物质的作用。
以下我们将对磁学的基础知识进行深入的探讨。
一、磁性磁性是一种来自物质的物理性质，这种性质可以引起力、矩和势能的改变，甚至于会引发磁矩的排列和运动。
其主要的特征是磁场的产生和感应。
除了铁、钴和镍等少数元素外，很多物质在磁场中也会呈现出磁性。
二、磁场与磁力磁场是环绕磁体的空间，在这个空间内，放入磁性物质就会受到磁力的作用。
磁场强度通常用磁场线的密集程度来表示。
而磁力则是磁场对磁性物质产生的作用力，它是矢量，即具有大小和方向。
三、磁场的表示磁场一般由磁力线来表示，磁力线是一个虚拟的概念，它是为了更便于我们理解和描述磁场的特性而引入的。
磁力线沿着磁场力的方向带有箭头，磁力线相互平行且不相交，从南极出来，回到北极。
四、磁化强度磁化强度是物质在磁场中磁化程度的衡量，其定义为单位体积内电子的总磁矩。
它可以表征物质的磁性强度，是研究磁性物质的重要参量。
五、磁感应强度磁感应强度是电荷在磁场中运动时所受到的力的大小与电荷运动的速率及角度之乘积之比。
磁感应强度的方向总是垂直于磁场和电荷运动的方向，并指向磁场线闭合的方向。
六、电磁感应电磁感应是磁场对电流的产生、变化和消失产生的现象。
当磁场发生变化时，它会在周围的导体中产生电流，这个电流就是电磁感应电流。
电磁感应的发现使人们认识到电流和磁场之间的关系，为电动机、发电机等电磁设备的发明打下了基础。
七、磁性材料磁性材料主要包括铁磁材料、反铁磁材料和顺磁材料。
铁磁材料例如钢和硬磁铁，其磁性非常强。
反铁磁材料如锰氧化铁，其磁化强度对应的磁场强度为零。
顺磁材料如铝和金属氧化物，其磁性较弱。
总结，磁学是一个深奥而丰富的学科。
对于磁学基础知识的掌握，对于我们理解和利用磁力，进行科学探索以及技术应用具有非常重要的意义。
（1）磁学基础知识
（1）磁学基础知识⽬录：（⼀）、什么是磁矩和磁强化度（⼆）、磁场强度和磁感应强度（三）磁化曲线和磁滞回线（四）磁化率和磁导率（五）什么是矫顽⼒（六）内禀矫顽⼒和磁感矫顽⼒有什么区别联系（七）退磁场是怎样产⽣的，能克服吗，对于实测的材料此话特性曲线如何进⾏退磁校正？（⼋）物质磁性可以分为⼏类有什么特点（九）磁性材料可以分为⼏类，有什么特点（⼀）、什么是磁矩和磁强化度1.描述载流线圈或微观粒⼦磁性的物理量，平⾯载流线圈所受合⼒为零⽽所受⼒矩不为零，该⼒矩使线圈的磁矩m转向与外磁场B的⽅向相同的⽅向；在均匀外磁场中，平⾯载流线圈受⼒矩偏转。
许多电机和电学仪表的⼯作原理即基于此。
磁矩是磁铁的⼀种物理性质。
处于外磁场的，会感受到，促使其磁矩沿外磁场的磁场线⽅向排列。
磁矩可以⽤表⽰。
磁铁的磁矩⽅向是从磁铁的指南极指向指北极，磁矩的⼤⼩取决于磁铁的磁性与量值。
不只是磁铁具有磁矩，、、或等等，都具有磁矩2.磁化强度是描述宏观磁体磁性强弱程度的物理量（⼆）、磁场强度和磁感应强度1.⼈们⼀般将磁极受到作⽤⼒的空间称为磁场，导体中的电流或永磁体都会产⽣磁场。
空间中的磁场可以⽤H或B两个参量来描述。
H称为磁场强度，B称为磁感应强度，也称磁通密度（三）磁化曲线和磁滞回线磁化曲线是表⽰磁感应强度B、强度M与磁场强度H之间⾮线性关系。
磁化曲线可以通过实验实验测量的⽅法画出，在环形磁性材料样品上缠绕上初级线圈N1和次级线圈N2 ，N1的两端接上直流电源，N2的两端接上电⼦磁通计。
随着初级线圈上的电流不断增⼤，电⼦磁通计便会检出相应的磁通⼤⼩，从⽽得到样品的B-H的关系曲线磁滞回线，当材料磁化到饱和以后，逐渐减⼩外磁场，材料中对应的M或B值也随之减⼩，但是并不是沿着初始磁化曲线返回。
并且当外部磁场减⼩到零时，材料仍保留⼀定⼤⼩的磁化强度，或磁感应强度，称为剩余磁化强度或剩余磁感应强度，⽤Mr 或Br表⽰，简称剩磁。
在反⽅向增加磁场M或B继续减⼩时当反⽅向磁场达到⼀定数值时，满⾜M=0 B=0那么该磁场强度就称为矫顽⼒。
物理磁学知识归纳总结
物理磁学知识归纳总结磁学是物理学的一个重要分支，研究磁场的产生、性质和应用。
在物理学的学习和研究过程中，我们不可避免地会接触到磁学的相关知识。
本文将对物理磁学的知识进行归纳总结，帮助读者更好地理解和掌握这一领域的基础内容。
一、磁学的基本概念1. 磁场：磁场是由磁体或电流产生的一种特殊的物理场。
它具有方向性和延续性，并对磁性物质产生作用力。
2. 磁力线：磁力线是用于表示磁场分布情况的线条，其方向与磁场的方向一致。
磁力线越密集，表示磁场强度越大。
3. 磁感应强度：磁感应强度是磁场作用于单位面积垂直于磁力线的区域的力的大小。
单位为特斯拉(T)。
二、磁性物质的分类根据材料对磁场的响应，磁性物质可以分为三类：铁磁性、顺磁性和抗磁性。
1. 铁磁性：铁磁性物质在外磁场作用下，会产生自己的磁场，并保持一定的磁性。
铁、镍、钴等金属和含铁的合金都属于铁磁性材料。
2. 顺磁性：顺磁性物质在外磁场作用下，磁化方向与外磁场方向一致，但磁化强度较弱，且磁化效应会随着外磁场消失而消失。
铁、镍、铬等元素以及一些化合物都属于顺磁性材料。
3. 抗磁性：抗磁性物质在外磁场作用下，磁化方向与外磁场方向相反，但磁化强度很小。
大部分物质都有抗磁性，如铝、镁、铜等非磁性金属。
三、磁场的产生与磁场线1. 基本磁体：基本磁体是指能够产生磁场的物体，如磁铁、电流、导线等。
2. 磁铁的特性：磁铁有两个极，即南北极，相同极相斥，不同极相吸；磁力线从北极经南极流出，在磁铁外形成一个环状的磁场。
四、磁场的性质1. 磁场的方向：磁场的方向是从磁南极指向磁北极，按照右手定则可以确定磁场方向。
2. 磁场的强度：磁场的强度可以通过磁感应强度来表示，符号为B，单位为特斯拉(T)。
3. 磁场的作用：磁场对磁性物质会产生作用力，使其受到磁力的影响。
磁场还可以通过磁感线来表示其分布情况。
五、电磁感应与电磁感应定律1. 法拉第电磁感应定律：电磁感应定律描述了磁场变化时电磁感应产生的现象。
磁学知识点总结
磁学知识点总结磁学是物理学中的一个重要分支，研究磁场及其与物质相互作用的规律。
在我们的生活中，磁学的应用非常广泛，从电子产品到医学设备都离不开磁学的支持。
本文将对磁学的基本概念、磁场、磁性材料和磁感应等知识点进行总结。
一、磁学基本概念1. 磁场：磁场是一个具有磁性的物体周围的一种物理现象，磁场可以通过磁力线来表示。
磁力线从物体的北极出发，经过外部空间，最终回到物体的南极。
2. 磁极：所有磁体都有两个磁极，分别为北极和南极。
相同磁极之间互相排斥，不同磁极之间互相吸引。
3. 磁力：磁力是指物体受到磁场作用产生的力。
磁力的大小取决于物体的磁性和磁场的强度。
二、磁场1. 磁感线：磁感线是用来表示磁场分布情况的直观方式。
磁感线在磁体内部呈现闭合环形，而在磁体外部则呈现从北极到南极的形状。
2. 磁通量：磁通量是描述磁场通过某个平面的情况的物理量。
它的大小与磁场的强度以及通过某个平面的磁力线的数量有关。
3. 高斯定律：高斯定律指出，一个闭合曲面的磁通量等于该曲面所包围的磁性物体的磁极数。
三、磁性材料1. 铁磁性材料：铁磁性材料是指在磁场作用下会产生明显磁化现象的物质，如铁、镍和钴等。
铁磁性材料在磁场中可以形成强磁性区域，使得磁体具有磁性。
2. 抗磁性材料：抗磁性材料是指在磁场作用下不会产生磁化现象的物质，如铜和铝等。
抗磁性材料在磁场中没有形成强磁性区域，不具备磁性。
3. 软磁性材料：软磁性材料具有良好的磁导率和低的矫顽力，适用于电感器、变压器等电磁设备。
4. 硬磁性材料：硬磁性材料具有较高的矫顽力和矫顽强度，适用于制造永磁体。
四、磁感应1. 磁感应强度：磁感应强度是磁场对单位面积的磁通量的分布。
磁感应强度的单位是特斯拉（T）。
2. 磁场强度：磁场强度是指单位长度上的磁感应强度变化率，其方向与磁感线的方向相同。
磁场强度的单位是安培/米（A/m）。
3. 洛伦兹力：洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力。
洛伦兹力的大小与粒子的电荷、速度以及磁场的强度和方向都有关。
第1章磁学与磁性材料基础知识汇总
★ 静磁现象
磁矩 磁化强度M 磁场强度H和磁感应强度B 磁化率和磁导率 退磁场 静磁能
★ 材料的磁化 磁化曲线
磁滞回线
物质的磁性分类
★ 磁性与磁性材料的分类
磁性材料分类
1
1.1 静磁现象
▼磁场 电荷周围存在电场，可以用电力线来表示
电荷之间存在相互作用
F
k
q1q2 r2
那么磁场呢？是否有和电场相似的性质呢？
HCl,NO,有机化合物中的自由基 少数含有偶数个电子的化合物：
O2,有机物中的双自由基等
35
3. 反铁磁性（Antiferromagnetism)
反铁磁性是1936年首先由法国科学家Neel从理论上预言、 1938年发现，1949年被中子实验证实的，它的基本特征是存在 一个磁性转变温度，在此点磁化率温度关系出现峰值。
上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴起， 又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化之中， 课程只做初步介绍。
27
▼物质的磁性分类
按磁化率的大小，可将物质磁性分为五个种类：
★抗磁性 ★顺磁性 ★反铁磁性
普遍性 c 0 且绝对值也很小 d
遵守居里-外斯定律：c
P
T
C TP
0
存在奈尔温度 TN
（或离子），具有一定的磁矩，是无规分布的原子磁矩在外磁
场中的取向产生了顺磁性。此外，传导电子也具有一定的顺磁
性。
33
顺磁性
磁 场
顺磁性 cm=10-6 ~10-3 磁矩的排列与磁性的关系
34
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质： 过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd,
磁性物理第一章磁学基础知识
17
磁导率的不同定义： 1、起始磁导率μi 2、最大磁导率μmax
3、复数磁导率 ~
4、振幅磁导率μa
lim i
1
0
H0
B H
max
1
0
B
Hmax
~'i''
a
1
0
Ba Ha
18
5、增量磁导率μΔ
1 0
B H
6、可逆磁导率μrev
revlim H0
所有磁导率的值都是H的函数：
19
第二节 磁化状态下磁体中的静磁能量
4
用环形电流描述磁偶极子：
磁矩：μm iA单位：A ∙m2
二者的物理意义：
表j征m磁偶0μ极m子磁性强弱与方向
o 410－7Hm1
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），自旋磁矩是基本粒子的固有磁矩。
5
二、磁化强度 M (magnetization)
21
即，磁偶极子在磁场中磁位能：
U W Ld m lH sin d
mlH cos c, (取 c 0)
jm H
22
∴单位体积中外磁场能（即磁场能量密度）
FU
V
jm H
V J H
0M H 0M H cos
(J/m 3 )
FH 是各向异性的能量
23
二、退磁场与退磁场能量
d
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
O
T
应定律而定），出现附加角动量，感
生出与H反向的磁矩。因此：χd<0，且 | χd|～10－5，与H、T无关。
磁性材料的分类
5 亚铁磁性：宏观磁性和铁磁性相同,量级100~103,在 温度低于TC 时的磁化率不如铁磁体那么大,它的自发磁 化强度也没有铁磁体的大,典型的亚铁磁材料是铁氧体, 如Fe3O4,
二、五种磁性物质的磁化率-温度曲线
抗磁性
顺磁性
反铁磁性
Tp
铁磁性
Tp 亚铁磁性
1.3 磁性和磁性材料的分类
三、五种磁性物质的磁结构
外斯定律,反铁磁性物质：过渡族元素的盐类及化合物,
如MnO、CoO等,
O
H
4 铁磁性：磁化率是特别大的正数,量级101~106,在某个临 界温度TC 以下,即使没有外加磁场,材料中也会产生自发的磁 化强度,在高于TC 的温度,它变成顺磁体,磁化率服从CurieWeiss 定律,11个纯元素晶体具有铁磁性：Fe,Co,Ni, Gd, Td, Dy, Ho, Er,Tm,面心立方Pr,和面心立方的Nd,
等,
2 顺磁性：磁化率是数值比较小的正数,量 M
级10-3~10-6,顺磁性物质：大部分金属、稀土金
属、铁族元素的盐类,
O
H
3 反铁磁性：这类材料的磁化率是小的正数,在温度低
于反铁磁转变温度－Néel温度TN 时,χ随温度的降低而下
降,并且它的磁化率同磁场的取向有关；在温度高于TN M
时,它的行为是顺磁性的,磁化率与温度的关系服从居里-
四、磁性材料的分类:
1、软磁材料： 软磁材料的特征：
1 高的µi和高的µmax 2 低的Hc 3 高Ms和低Br 4 低的铁损 5 低的磁滞伸缩系数 6 低的磁各向异性常数
2、硬磁材料： 硬磁材料的特征：
磁学基础知识论述
*当H改变H时，MH的改变为
*磁化机制有三种： *技术磁化只包括前两项，可分为四个阶段： (1) 弱磁场范围内的可逆畴壁位移； (2) 中等磁场范围内的不可逆畴壁位移； (3) 较强磁场范围内的可逆磁畴转动； (4) 强磁场下的不可逆磁畴转动。
*对一种磁性材料，磁化过程以一种或几种机制为主， 不一定包括全部的四种机制。 软磁材料：畴壁位移磁化为主 单畴颗粒材料：仅存在单纯畴转磁化过程
*畴壁位移磁化过程中的一般磁化方程式：
*物理意义：畴壁位移磁化过程中磁位能的降低与铁磁 体内能的增加相等。
*磁化过程中的平衡条件： 动力(磁场作用力)＝阻力(铁磁体内部的不均匀性)
*根据阻力的不同来源，分为两种理论模型： 内应力模型和含杂模型
一、内应力模型
*主要考虑内应力的起伏分布对铁磁体内部能量变化的 影响，忽略杂质的影响。一般的金属软磁材料和高磁导 率软磁铁氧体适合采用这种模型。
K1
/3
K2
/
27
Fe：易轴为[100]，故K1>0 Ni：易轴为[111]，故K1<0
(2) 六角晶系
若自发磁化方向与c轴所成的角度为
Co晶体：易轴为[0001]，故KU1、 KU2 >0
二、磁晶各向异性等效场
*无外场时磁畴内的磁矩倾向于沿易轴方向取向，就好像在易 磁化方向存在一个磁场，把磁矩拉了过去。它并不是真实存在 的磁场，而是把磁晶各向异性能的作用等效为一个磁场作用。
1.5 技术磁化 1.5.1 磁化机制
*磁化过程：磁性材料由磁中性状态变到磁饱和状态的过程
*反磁化过程：从磁饱和状态回到退磁状态的过程
*技术磁化：铁磁体在外场作用下通过磁畴转动和畴壁位移
磁学基础知识
Hd N M
N 称作退磁因子，它的大小与M无关，只依赖于样品的几 何形状及所选取的坐标，一般情况下它是一个二阶张量。
§1.1 静磁现象
均匀磁化的磁性体中外磁场、退磁场、有效磁场 三者关系示意图
H eff H ex N M
jmi
J i
V
jm 是一个长度为 l , 磁荷为±qm的磁偶极子，其 单位是：Wb﹒m，因此磁极化强度的单位是：
Wb﹒m-2 (和磁感应强度 B 单位 T特斯拉一致)
两个物理量之间的关系为： J 0 M
有些文献中两个量的名称不加区别，但我们可以从它使用 的单位中加以区分。
§1.1 静磁现象
§1.1 静磁现象
§1.1 静磁现象
§1.1 静磁现象
有磁介质时上述物理量之间的关系：
B 0(H M ) 0 H J
B 0(1 )H 0H
M H
0称作绝对磁导率， =1+ 称作相对磁导率，是一个无量
纲量，为简便起见，也称它为（介质）磁导率。
磁化率和磁导率 以不同方式表述了材料对外磁场的响
应，反映了材料最重要的性质。因为是两个矢量之间的关系 ，所以一般情况下它们都是张量。
磁学基础知识
§1.1 静磁现象
磁场：在场内运动的电荷会受到作用力的物理场。
电磁学给出的定义：
F qv B
F：运动电荷 q 受到的力； q：电荷量；
v：电荷运动速度；
B 称作磁通密度或磁感应强度，是表征磁场方向和大小的物 理量。其单位是 ：特斯拉（T = N·A-1m-1 = Wb·m-2）。
磁性：物质的一种基本属性，正像物质具有质量一样，它的 特征是：物质在非均匀磁场中要受到磁力的作用。在具有梯 度的磁场中，物质受力的大小和方向反映着物质磁性的特征。
磁学与磁性材料基础知识-文档资料
在更多场合，确定场效应的量是磁感应强度B（磁通 密度）。在SI单位制中，B的定义为：
B＝ µo（H＋M） T or Wb•m2
7
应用中常用电流来产生磁场，有以下三种形式： 无限长载流直导线的磁场强度 H＝I/2pr 载流环行线圈圆心的磁场强度 H＝I/2r 无限长载流螺线管的磁场强度 H＝n I
FH0M Hcos
高能量态 F=mH
l
F=mH H
低能量态
F=mH -m
+m F=mH
H
14
显然，磁性体在磁化过程中，也将受到自身退磁场的作
用，产生退磁场能，它是在磁化强度逐步增加的过程中外 界做功逐步积累起来的，单位体积内
J
M
F d0H ddJ00 H ddM
对于均匀材料制成的磁体，容易得出;
在不同的磁化条件下，磁导率被分为以下四种： (1)起始磁导率 ：
1 lim B
i
H 0 H
0
(2)最大磁导率：
max
1
0
B H
max
(3)增量磁导率：
1
B H
0
(4)可逆磁导率：
B
max
B H
0
i
H
lim
rev H0
10
▼退磁场
材料被磁化时，两端的自由磁极会产 生与磁化反方向的磁场，即退磁场
Fd0 0MNM dM1 20NM 2
N 是磁化方向的退磁因子。对于非球形样品，沿不同方向磁 化时退磁场能大小不同，这种由形状造成的退磁场能随磁化 方向的变化，通常也称形状各向异性能。退磁能的存在是自 发磁化后的强磁体出现磁畴的主要原因。
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采用运动电荷受力情况来表征和定义磁场清楚地表明： 磁场既不同于使静止电荷受力的电场；也不同于因物质质量 而受到作用力的引力场；更不同于微观粒子受到的强作用场 和弱作用场。
磁性：
磁性是物质的一种基本属性，正像物质具有质量一样，它
的特征是：物质在磁场中要受到磁力的作用。在具有梯度的磁 场中，物质受力的大小和方向反映着物质磁性的特征。
本章回顾和总结我们在《电磁学》，《原子物理》 等基础课中已经学习过的有关磁性知识，明确和统一我 们将要用到的相关物理量的定义、符号、单位及相关公 式，建立起我们深入学习的平台；归纳和总结物质磁性 的宏观表现，明确本课程要解决的问题。这些内容都是 最基础的，最常用的，也是大家必须掌握和熟悉的。
1.1 磁性、磁场和基本磁学量
在上述磁场定义下，磁场强度 H 只是作为与磁场中任 意点的磁通密度相联系的一个轴矢量而引入的。
H B M
0
M：物质的磁化强度；
0 ：真空磁导率：
0 4 107 N A2 (H m-1)
没有磁介质存在（M = 0）只有传导电流产生的磁场时， 表述磁场的两个物理量之间才存在着简单关系：
强磁性物质：
m 1 例：铁，Fe3O4
磁性被定义为物质在不均匀磁场中会受到磁力作用的一种属 性，显然不能再定义磁场就是使物质受到磁力作用的场，这样相 互定义是不科学的，因此磁场是由在场内运动着的带电粒子所受 到的力来确定的，这种力称作洛伦兹（Lorentz）力，它的作用 是使带电粒子的路径发生弯曲，洛伦兹力的大小正比于电荷量 q, 电荷运动速度 v 和磁通密度 B 的乘积，其方向则垂直于 v 和 B 所形成的平面,它和磁性物质在不均匀磁场中受到的磁力相比， 性质上是完全不相同的，这就避免了又用磁性定义磁场所产生的 问题。
历史上曾用磁极受力来定义磁场，所以先有了磁场强度的 定义，在确定用运动电荷受力确定磁场后，就只能选用磁通密 度（磁感应强度）来表述磁场了。
磁化强度 M 和磁极化强度 J ：都是表述物质磁化状态的量。
磁化强度 M 定义为物质单位体积的磁矩：
m
M V
m 是一个面积为 s 的电流为 i 的环形电流的磁
两个物理量之间的关系为：
Wb A1
J 0 M
Wb m2 H m1 A m1
有些文献中两个量的名称不加区别，但我们可以从它 使用的单位中加以区分。
磁性物质在外磁场中磁化，磁化强度 M 和外磁场 强度 H 之间的关系是：
M H
该关系中，磁化强度和磁场强度是同量纲的，所以这 里的磁化率是无量纲的，是一个纯粹的数字，但应注意到 由于磁化强度定义为单位体积的磁矩，所以公式中的磁化
前情回顾
定义：磁性物理学是研究强磁性起源（自发磁 化的成因）及其在外界因素（如磁场、温度、 应力等）作用下各种物质的微观磁性和宏观磁 性的变化规律（技术磁化） ，并利用这些规律 来为人类服务（应用磁学）的一门古老而又新 兴的学科。
二、基本内容 1、自发磁化：涉及凝聚态物质磁性的微观机制 ，要求在原子或电子尺度求解问题，并形成自 发磁化理论。
Fz
1
0
mmBx
Bx z
m 是物质质量；Bz是磁感应强度；
m 是表征磁性特征的物理量，称
作质量磁化率。
磁化率的大小和方向反映出物质磁性的特征。粗略可以 分为：（通常人们习惯说有磁物质和无磁物质是不科学的）
弱磁性物质：
抗磁性物质：m 0, m <<1 例：水，铜
顺磁性物质：1 m 0 例：氧气，铝
率 暗含着单位体积磁化率的意义。
在理论推导和测量中，还常常使用另外两种定义：
质量磁化率：
m
d
d 是材料的密度（kg﹒m-3）
克分子磁化率：
mol
nm
n
d
n 为每mol 物质的量
在查阅文献资料时要注意到几种磁化率的不同使用。
很多书中忽视了磁化率定义的区别，存在着数据引用的错误
在文献中还常使用比磁化强度σ 的概念：单位：A﹒m2﹒kg-1
矩。单位是 A﹒m2,因此磁化强度的单位是 A﹒m-1,
它和磁场强度 H 的单位是一样的。
磁极化强度 J 定义为物质单位体积的磁偶极矩：
jm
J V
jm 是一个长度为 l ,面磁荷为±q的磁偶极子，
其单位是：Wb﹒m，因此磁极化强度的单位是：
Wb﹒m-2 (和磁感应强度 B 单位 T 一致)
磁场：在场内运动的电荷会受到作用力的物理场。
电磁学给出的定义：(见胡有秋等电磁学p202)
F qv B
F：运动电荷 q 受到的力；
q：电荷量；
v：
电荷运动速度；
B 称作磁通密度或磁感应强度，是表征磁场方向和大小 的物理量。其单位是 ：特斯拉（T = N·A-1m-1 = Wb·m-2）。
这里和使用电场强度 E 表述电场大小和方向不同的原 因是因为在采用运动电荷受力确定磁场之前，磁场强度 H 这个名字已经被用于其它的定义。在有磁介质存在的情况下， 磁场是传导电流产生的外磁场和介质磁化以后产生的附加 磁场的矢量叠加。而为了方便地表达出有磁介质存在时的磁 场规律，仍保留沿用了已有确切定义的磁场强度概念。
磁化率 和磁导率 以不同方式表述了材料对外磁场
的响应，反映了材料最重要的性质。因为是两个矢量之间的 关系，所以一般情况下它们都是张量。
2、技术磁化：属于磁畴理论的范畴，要在磁畴或稍进 一步的程度上求解，形成技术磁化理论。
3、应用磁学：研究与应用有关的磁性问题。
具体来说，本课程内容包括： • 磁畴理论与技术磁化 • 磁化过程动力学 • 磁与光、电、 磁性起源与自发磁化 • 热等的交叉效应
第一章 磁学基础知识
1.1 磁性、磁场和基本磁学量 1.2 原子的磁性 1.3 宏观物质的磁性质 1.4 磁性体的热力学基础
M d
mH
d 是物质的密度， σ 实际是单位
质量物质的磁矩矢量和。
有磁介质 0 H J
B 0(1 )H 0H
M H
0 称作绝对磁导率， 1 称作相对磁导率，
是一个无量纲量，为简便起见，也称它为（介质）磁导率。