铁磁学-可逆磁化过程
第六章 第四节 可逆磁畴转动磁化过程
在
S
110
平面内变化，
4
, M s偏离[111]轴角，
H 与[111]夹角为，则：
θ0 φ θ
β
x[100]
[111]
易磁化 方向
Ms y[010]
H
1 sin 0 cos 2 2 sin 0 2 sin 0 sin 2 2 sin 0
3 cos 0
二、畴转过程决定的χi
2 s
2 K1
The end
________
sin2
1
2
d
sin2 sin d 2
4 0
0
3
上式利用了积分
2 sin3xdx
2
cos3xdx
2
公式：
0
0
3
sin3xdx 4
0
3
二、畴转过程决定的χi
代入式(6-52)
i
畴转
0
M
2 s
2K1
sin2
i
畴转
0
M
2 s
3K1
(6-53)
(二) 由应力控制的可逆畴转磁化
当材料中磁晶各向异性较弱（可以忽略），而且磁致伸缩
又是各向同性，只要应力的作用较强时，应力引起的各向异性
（磁弹性能）就成为畴转磁化过程的主要阻力。
F
3 2
s
cos2
3 2
s
3 2
s
sin 2
FH 0M s H sin
二、畴转过程决定的χi
F F FH
3 2
s
3 2
s
sin 2
0M sH
sin
一、畴转磁化过程
FH 0Ms H 0MsH cos
铁磁材料的磁化过程
铁磁材料的磁化过程
铁磁材料是一种具有磁性的材料，其磁化过程是指在外加磁场的作用下，材料内部的磁矩发生改变的过程。
这个过程可以通过磁滞回线来描述，磁滞回线是指在磁场强度逐渐增加或减小的过程中，材料磁化强度的变化曲线。
铁磁材料的磁化过程可以分为两个阶段：磁化和磁滞。
在磁化阶段，当外加磁场作用于铁磁材料时，材料内部的磁矩开始发生改变，直到达到饱和磁化强度。
在这个过程中，材料的磁化强度随着磁场强度的增加而增加，直到达到饱和磁化强度。
在饱和磁化强度之后，材料的磁化强度不再随着磁场强度的增加而增加，而是保持不变。
在磁滞阶段，当外加磁场强度逐渐减小时，材料的磁化强度也会逐渐减小。
在这个过程中，材料的磁化强度不会立即回到零，而是会在一定的磁场强度下保持一定的磁化强度，这个现象被称为剩余磁化。
当磁场强度减小到一定程度时，材料的磁化强度才会回到零。
铁磁材料的磁化过程是由材料内部的磁矩和外加磁场之间的相互作用所决定的。
在外加磁场作用下，材料内部的磁矩会发生改变，从而导致材料的磁化强度发生变化。
而在磁滞阶段，材料内部的磁矩并没有完全回到初始状态，这是因为材料内部的磁矩之间存在相互作用，导
致磁矩的改变不是完全独立的。
总之，铁磁材料的磁化过程是一个复杂的过程，它涉及到材料内部的磁矩和外加磁场之间的相互作用。
通过磁滞回线可以描述铁磁材料的磁化过程，这对于研究铁磁材料的性质和应用具有重要的意义。
5.4铁磁性物质的磁化
2、硬磁性物质
硬磁性物质的磁滞回线宽 而平，回线所包围的面积比 较大，如图所示。因而交变 磁场中的磁滞损耗大，必须 用较强的外加磁场才能使它 磁化，但磁化以后撤去外磁 场，仍能保留较大的剩磁， 而且不易去磁，即娇顽磁力 也较大。
这种物质适合于制成永久磁 铁。硬磁性物质主要有钨钢、 铬钢、钴钢和钡铁氧体等
(2) 1 ~ 2段：随着H的增大，B几乎直线上升，这是由于 磁畴在外磁场作用下，大部分都趋向H方向，B增加很快，曲 线很陡，称为直线段。
(3) 2 ~ 3段：随着H的增加，B的上升又缓慢了，这是由 于大部分磁畴方向已转向H方向，随着H的增加只有少数磁畴 继续转向，B增加变慢。
图 5-8 磁化曲线的测定
三、磁滞回线
磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的 磁化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁 场中的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。
1. 磁滞回线的测定
2．分析
图5-10为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。 (1)当B随H沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H 的数值，由图可看出，B并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另 一条在它上面的曲线ab下降。 (2) 当H减小到零时，B 0，而是保留一定的值称为剩磁， 用B r表示。永久性磁铁就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。
图5-8中，(a)是测量磁化曲线装置的示意图，(b)是根据 测量值做出的磁化曲线。由图5-8(b)可以看出，B与H的关系 是非线性的，即 B 不是常数。
H
图 5-8 磁化曲线的测定
3．分析
(1) 0 ~ 1段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当H 从零开始增加时，B增加缓慢，称为起始磁化段。
4．磁化曲线的意义
铁磁材料的磁化过程
铁磁材料的磁化过程铁磁材料是一类具有强磁性的材料，它们在外加磁场的作用下可以磁化。
铁磁材料的磁化过程是一个非常复杂的物理现象，涉及到原子、分子、晶格等多个层面的相互作用。
接下来，我们将从不同层面来描述铁磁材料的磁化过程。
在铁磁材料中，每个原子都有自己的磁矩，这是由于原子内部的电子运动产生的。
在没有外加磁场的情况下，这些原子的磁矩是随机排列的，相互之间的作用力相互抵消，导致整个材料没有磁性。
但是，一旦外加磁场施加在铁磁材料上，原子的磁矩将受到磁场的作用而发生取向。
当外加磁场的强度较小时，原子的磁矩会沿磁场方向稍微有些取向，但是整个材料的磁化程度很小。
随着外加磁场强度的增加，原子的磁矩逐渐沿磁场方向更多地取向，磁化程度也随之增加。
当外加磁场强度达到一定值时，铁磁材料将达到饱和磁化状态，此时原子的磁矩几乎全部沿磁场方向取向。
在铁磁材料的磁化过程中，除了外加磁场的作用，原子之间的相互作用也起着重要的作用。
原子之间存在着交换作用，即通过电子的交换相互影响，使得相邻原子的磁矩趋向于平行排列。
这种交换作用能够使得铁磁材料的磁化更加稳定，提高其磁性能。
除了原子之间的相互作用，晶格结构也对铁磁材料的磁化过程起着重要的影响。
晶格的结构可以影响原子的排列方式，进而影响磁矩的取向。
不同的晶格结构会导致不同的磁化行为，例如铁磁材料中的铁氧体就具有较强的磁性，这是由于其特殊的晶格结构所致。
总结起来，铁磁材料的磁化过程是一个复杂的物理现象，涉及到原子、分子、晶格等多个层面的相互作用。
外加磁场的作用使得原子的磁矩发生取向，而原子之间的交换作用和晶格结构则进一步增强了铁磁材料的磁性能。
通过深入研究铁磁材料的磁化过程，可以更好地理解和应用这类材料的磁性质，为磁性材料的开发和应用提供理论依据。
磁性材料磁化过程
磁性材料磁化过程磁性材料的静态磁化及常用性能指标：我们已经知道，磁性材料内部具有磁畴，它们就好象众多的小磁铁混乱地堆积，整体对外没有磁性。
这时我们称材料处于磁中性状态。
但是，如果材料处在外加磁场的环境中，那么这些小磁铁（实际上是磁畴的磁矩）就会和磁场发生相互作用，其结果就是材料中的磁矩发生向外加磁场方向的转动，导致这些磁矩不再能相互抵消，也就是说所有磁矩的矢量和不等于零。
在外加磁场的作用下，磁性材料由磁中性状态变成对外显示磁矩状态的过程称为磁化。
那么磁性材料在磁化过程中到底发生了哪些变化呢？在磁中性状态（即没有外加磁场），材料内部的磁矩成混乱排列，总的磁矩为零，因此材料显示的磁化强度也是零。
当磁性材料处于外加磁场中时，材料内部的磁矩就会受到磁场的作用力，磁矩会向外磁场的方向转动，就象磁铁在磁场中转动一样。
这时，磁矩就不再是完全混乱排列的了，而是沿外磁场方向产生了一个总的磁化强度，这时我们说材料被磁化了。
并且，外磁场越大，材料内部的磁矩向外磁场方向转动的数量和程度就越多。
当外磁场足够大时，材料内部所有的磁矩都会沿外磁场方向整齐排列，这时材料对外显示的磁化强度达到最大值，我们说材料被磁化到了饱和。
达到饱和之后，无论怎样增大磁场，材料的磁化强度也不再增大。
因此材料被磁化到饱和时的磁化强度称为饱和磁化强度，用Ms来表示。
从上面的分析，我们知道材料的磁化强度随外磁场而变化。
在科学实验和生产实际中，常把磁场和磁化强度的关系画成曲线，称为磁化曲线，如图所示。
其中，横坐标表示外磁场的大小，纵坐标表示磁化强度的高低。
磁化曲线一般可以分成三个阶段：可逆磁化阶段、不可逆磁化阶段、饱和阶段。
在工程上，一般不用磁化强度－磁场的关系画磁化曲线，而用磁感应强度－磁场的关系画磁化曲线。
这时，磁化饱和时就有一个饱和磁感应强度（或者饱和磁通密度），用Bs表示。
以后，如果没有特殊说明，我们都用的是B－H磁化曲线。
饱和磁感应强度是磁性材料的一个重要指标。
铁磁性物质的磁化
5-4-1.swf
第四页，编辑于星期二：十四点 分。
3．分析
(1) 0 ~ 1 段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当 H 从零开始 增加时，B 增加缓慢，称为起始磁化段。
(2) 1 ~ 2 段：随着 H 的增大，B 几乎直线上升，这是由于磁畴在外 磁场作用下，大部分都趋向 H 方向，B 增加很快，曲线很陡，称为直线段 。
用 Br 表示。永久性磁铁就是利用 剩磁很大的铁磁性物质制成的。
图 5-10 磁滞回线
第十页，编辑于星期二：十四点 分。
(3)为消除剩磁，必须加反向磁场，随着反向磁场的增强，铁磁性物 质逐渐退磁，当反向磁场增大到一定值时，B 值变为 0 ，剩磁完全消 失，如图 bc 段。
bc 段曲线叫退磁曲线，这时 H 值是为克服剩磁所加的磁场强度， 称为矫顽磁力，用 HC 表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物质保存剩
表 5-2 磁路和电路中对应的物理量及其关系式
电 电流
电阻
电阻率 电动势 电路欧姆定律
路 I
R l
s
E I=E/R
磁 磁通
磁阻
磁导率 磁动势 磁路欧姆定律
路
Rm
l s
Eｍ＝I N
= Eｍ/Rｍ
第二十页，编辑于星期二：十四点 分。
本章小结
一、磁场 二、电流的磁效应
三、描述磁场的物理量
四、磁场对电流的作用力
第四节 铁磁性物质的磁化
一、铁磁性物质的磁化
二、磁化曲线
三、磁滞回线
第一页，编辑于星期二：十四点 分。
一、铁磁性物质的磁化
1．磁化
本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象称为 该物质被磁化。只有铁磁性物质才能被磁化。
63铁磁质的磁化规律3
§3 铁磁质的磁化规律铁磁质是制造永久磁体、电磁铁、变压器及各种电机不可缺少的材料，研究磁性材料的学科称之为磁学。
不同的铁磁质其性质可能很不相同，对于磁性材料研究HB~关系十分重要。
对于铁磁质成立的关系为：MBH -=0μ，若使用H Bμμ0=，则需注意μ不是常量，它与磁场H有关。
下面首先研究铁磁质的磁化规律，其中用到磁通计G或冲击电流计，由测得q 或m ψ而推算出B。
一、铁磁质的磁化规律1、HB~关系的测定(1) H ：可由励磁电流0I 决定。
如图7-8，样品做成环状，外面密绕1N 匝 线圈，有00nI H H ==其中0I 由电流表测出，n 已知，则可知H ；而0I R 决定、ε，故改变H R 即改变、ε（包括改变电源的极性连接）。
图7-8(2) B ：副线圈匝数2N 少些，外接磁通计，因为RK原副GN 1N 2I 0εBS N 2=ψ 故SN B 2ψ=测得磁通，再由已知副线圈匝数、截面积，便可得B 。
由以上给定B H I 测→→0；若改变→→H R I 改变）、（即改变ε0B 测各对应的，描点作图即可研究样品铁磁质的磁化规律。
2、起始磁化曲线开始应使样品处于未磁化状态：因磁化与历史有关，为方便研究，要求在研究前应除去已有磁性，方法为:(1) 样品被加热到居里温度之上，磁性消失，然后冷却至居里温度之下研究； (2) 反复逐渐退磁法使样品处于未磁化状态。
），，测出数组（，使调B H H R ↑↓，描点作曲线，如图7-9所示。
[解释]起始磁化曲线非线性：)(00H M H Bμμ+=。
因为H M是的非线性函数，所以。
非线性项间接项：；线性项直接项：引起><><↑↑)(,00H M H B Hμμ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∝→≈>><，线性。
，）：〉大时（当；非线性，而有，倍一般为段，）：小时（当H B M M H H H M B H B H M s H H H S s s 062~)10~10(~0μ图7-9BOA 非线性 线性区S CH S H[注]关系基础上研究关系可在至于H B H M ~~，如图7-10(a)所示。
1简述铁磁材料的磁化过程
1．简述铁磁材料的磁化过程。
解：铁磁材料未放入磁场之前，其内部磁畴排列是杂乱的，对外不显示出磁性。
放入外磁场中以后，在外磁场的作用下，磁畴的轴线将与外磁场方向趋于一致，对外显示出磁性。
其具体的磁化过程分为四个阶段：起始段；线性段；饱和段；高度饱和段。
2．磁路计算正问题的步骤是什么？解：磁路计算的正问题是指：已知磁路的磁通，求励磁磁势（励磁电流）。
分为以下四个步骤：（1）把磁路按不同的材料和截面积分成若干段；（2）计算各段磁路的磁通密度；（3）根据磁通密度求出各段磁路的磁场强度：铁磁材料由基本磁化曲线查出，空气隙可由公式0/μB H =直接算出。
（4）由公式HL F ∑=算出励磁磁势。
3．两个电感的尺寸、形状和线圈匝数均相同，一个是铝心，一个是铁心，当它们并联接在同一个交流电源上时，电流是否相同？解：由于铁的导磁率远大于铝，因此铁心电感的感抗大，电流小。
4．铁心由DR320硅钢片叠成，如图所示，已知线圈匝数N=1000，铁心厚度为2.5cm ，叠片系数为0.93。
不计漏磁，试计算：（1）中间铁心柱磁通为Wb 4105.7-⨯，不计铁心的磁位降时所需的直流励磁电流；（2）考虑铁心的磁位降，产生同样磁通量时所需的直流励磁电流。
解：（1）因为磁路左右对称，故可用右半边来计算。
考虑到气隙磁场的边缘效应，计算气隙有效截面积时，通常在长、宽方向各增加一个气隙长度值，则旁边铁心柱的气隙截面积为：24222103)10025.093.0025.0()10025.01025.1(m A ----⨯≈⨯+⨯⨯⨯+⨯= 气隙磁密为T A B 25.11032105.7244=⨯⨯⨯=Φ=-- 励磁磁势为A LB HL F 50010025.0210425.1240≈⨯⨯⨯⨯===--πμ 励磁电流为A N F I 5.01000500=== （2）计及铁心磁位降时，中间铁心磁密为T A B 29.193.0025.0105.2105.724=⨯⨯⨯⨯=Φ=-- 查磁化曲线得m A H /1072⨯= 。
简述铁磁材料的磁化过程
简述铁磁材料的磁化过程1. 磁矩和磁化强度磁矩是指物质内部原子或分子的磁性偶极矩，一般用μ表示。
磁化强度是单位体积内的磁矩总和，常用M表示。
在无外磁场作用下，铁磁材料的磁化强度为零，磁矩呈无序分布。
2. 磁化过程的基本原理铁磁材料的磁化过程可以通过外加磁场对铁磁材料内部磁矩的作用来实现。
外加磁场会使铁磁材料内部的磁矩受到力矩的作用，从而使其重新排列，形成有序的磁矩结构。
当外加磁场移除后，铁磁材料可以保持一定的磁化强度，即具有自发磁化的特性。
3. 磁化过程的三个阶段铁磁材料的磁化过程可以分为初始磁化、饱和磁化和剩余磁化三个阶段。
3.1 初始磁化阶段在外加磁场作用下，铁磁材料内部的磁矩开始重新排列，但磁矩的方向并不完全与外磁场方向一致。
随着外磁场的增大，磁矩的方向逐渐与外磁场方向一致，磁化强度也逐渐增大。
3.2 饱和磁化阶段当外磁场达到一定强度时，铁磁材料内部的磁矩已经完全重新排列，与外磁场方向完全一致。
此时，铁磁材料的磁化强度达到最大值，称为饱和磁化。
3.3 剩余磁化阶段当外磁场移除时，部分磁矩会保持原有方向，形成剩余磁化。
剩余磁化强度不为零，使得铁磁材料具有自发磁化的特性。
剩余磁化的大小取决于材料本身的磁特性。
4. 磁化过程的影响因素磁化过程受到多种因素的影响，包括外磁场的强度、磁化过程中的温度变化、材料的结构和组成等。
外磁场的强度越大，磁化过程越容易发生，磁化强度也越大。
温度的升高会影响材料的磁性能，磁化过程的温度变化需要考虑。
材料的结构和组成对磁化过程也有显著影响，如晶格结构、晶粒大小等。
5. 应用领域铁磁材料的磁化过程及其特性在许多领域有着重要应用。
在电子领域，铁磁材料被广泛应用于磁存储器、传感器等设备中。
在电力工业中，铁磁材料用于制造电机、变压器等设备。
此外，铁磁材料还广泛应用于磁记录、磁导航等领域。
总结：铁磁材料的磁化过程是一个重要的物理现象，通过外加磁场使材料内部的磁矩重新排列，形成有序的磁矩结构。
第三章;磁学性能(铁磁性及其物理本质)
根据键合理论可知，原子相互接近形成分子时，电 子云要相互重叠，电子要相互交换位置。 对于过渡族金属，原子的3d的状态与4s态能量相 差不大，因此它们的电子云也将重叠，引起s、d状 态电子的再分配。 即发生了交换作用。交换作用产 生的静电作用力称为交换力。
Байду номын сангаас
交换力的作用迫使相邻原子的自旋磁矩产生有序 排列。其作用就像强磁场一样，外斯“分子场”即 来源于此。
Hd= - NM
N为退磁因子，与材料的几何形状、尺寸有关； M 磁化强度。
退磁场作用在铁磁体上的退磁能为： M 1 Ed 0 H d dM 0 NM 0 2
3.7
磁畴的形成与磁畴结构
3.7.1 磁畴与磁畴壁
磁畴 未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区 域。 形成原因：
由于原子磁矩间的相互作用，晶体中相邻原子的 磁偶极子会在一个较小的区域内排成一致的方向。
(A﹤0，θ=180°)时，则反向平行排列，呈反铁磁性。
交换能积分常数A不仅与电子运动状态的波函数有关， 还强烈依赖于原子核间的距离和未填满壳层半径有关。
当 Rab／r ﹥3， A﹥0 ，满足自发磁 化的条件，为铁磁性
当 Rab／r 太大， 原子之间的距离太 大，电子云不重叠或重叠太少，不能满 足自发磁化的条件，为顺磁性。 当 Rab／r ﹤ 3， A﹤0，则反向 排列， 为反铁磁性 铁磁性产生的充要条件： 原子内要有为填满的电子壳层，满足 Rab／r ﹥3使A﹥0。 前者指的是原子本征（固有）磁矩不为 零；后者指的是要有一定的晶体结构。
简述磁畴的形成过程
• 答：磁畴的形成符合能量最小条件，使系统能量降低到最低， 以维持系统的能量平衡。磁畴的形成过程如下： • （1）假设在磁晶体中存在一个自发的磁化区，磁化区的两极 则会产生以较高的退磁场。如图a所示 • （2）如果将上述磁化区分割成两个区域，则退磁场将会降低， 如继续分割，则会一直减小，有减小到零的趋势。如图b所示 • （3）如果形成封闭的结构，则退磁场减小为零，没有自由磁 极。闭合磁畴的形成使磁致伸缩不同而产生弹性能和磁晶能。 如图c所示 • （4）为了降低磁弹性能，磁畴将沿基本磁化方向分割为更小 磁畴，但磁畴的分割又增加了畴壁能，当两者能量平衡时，即 形成能量最小的稳定的闭合磁畴。如图d所示 • 单晶体磁畴结构示意图
磁性物理学(第六章讲稿)
F
3 2
s
i
sin2
E 4
A1
K1
3 2
s
i
Fd ②成分的起伏分布（如杂质、气孔、非磁性相）
壁移时，这些不均匀性引起铁磁体内部能量大小的起伏 变化，从而产生阻力。
二、壁移磁化两种模型
（一）、应力模型（应力理论）
实际材料中，若杂质尺寸很小且Ms低，则杂质对壁移 形成的阻力作用主要为穿孔作用引起的畴壁能变化，故可 略去退磁场作用。
F
x
S
s x
S
S x
由F
FH
F
0得： FH
F
S
S x
FH
x
ln S
即：壁移磁化过程中磁位能的降低等于杂质穿孔导致的畴壁
l 2
0
M
2 s
s
2、90o壁移（采用相同处理）
0Ms H
3 2
s
H 3s x 20 M s x
而M H M s cos 0o M s cos 90o xS M s xS
M H x
M s S
i900
FH 0M s H cos 00 0M s H cos 900 0M s H
F
3 2
s
cos2 900
3 2
s
cos2 0
3 2
s
0MsH
3 2
铁磁材料的磁化过程
铁磁材料的磁化过程铁磁材料的磁化过程是指在外加磁场的作用下，铁磁材料内部的磁矩发生重新排列的过程。
这个过程可以分为磁化和去磁化两个阶段。
一、磁化阶段在没有外加磁场的情况下，铁磁材料的磁矩是杂乱无章的，呈现无序状态。
当外加磁场开始作用时，磁矩会受到力的作用，趋向于与外磁场的方向一致，逐渐发生磁矩排列的变化。
首先是在外加磁场的作用下，磁矩开始发生定向排列。
由于各个磁矩之间的相互作用力，磁矩会逐渐转向与外磁场方向一致的方向。
这个过程中，磁矩的转动速率是不断增加的，直到达到一个稳定状态。
其次是在磁矩达到稳定状态后，磁矩之间开始发生磁偶极子的相互作用。
这个相互作用会使得磁矩更加趋向于与外磁场一致的方向，进一步加强磁化效果。
同时，随着磁矩的定向排列，材料内部形成了一定的磁畴结构。
最后是当外磁场达到一定强度时，材料内部的磁畴结构开始形成连续的磁畴。
这个连续的磁畴结构使得材料具有更强的磁化效果，并且能够保持较长时间。
在这个阶段，铁磁材料已经达到了饱和磁化状态，不再对外加磁场产生进一步的响应。
二、去磁化阶段当外加磁场逐渐减小或消失时，铁磁材料的磁化状态也会逐渐发生变化，从饱和磁化状态向无磁化状态过渡。
首先是在外磁场减小的过程中，磁矩开始发生反向旋转。
由于外磁场的减小，磁矩之间的相互作用力逐渐减弱，磁矩开始重新调整方向，逐渐回到无序的状态。
其次是当外磁场减小到一定程度时，磁矩之间的相互作用力完全消失，磁矩恢复到无序状态，材料内部的磁畴结构也逐渐消失。
这个过程中，铁磁材料的磁化效果逐渐减弱，直到完全无磁化。
最后是当外磁场完全消失时，铁磁材料恢复到无磁化状态。
在这个阶段，磁矩之间不再存在相互作用力，铁磁材料内部的磁畴结构也完全破坏，磁矩呈现无序状态。
总结起来，铁磁材料的磁化过程是一个磁矩排列的过程。
在外加磁场的作用下，磁矩逐渐与外磁场方向一致，形成稳定的磁畴结构，达到饱和磁化状态。
而在外磁场减小或消失时，磁矩重新调整方向，磁畴结构逐渐破坏，最终恢复到无磁化状态。
简述铁磁材料的磁化过程
简述铁磁材料的磁化过程引言：铁磁材料是一类具有强磁性的材料，常见的有铁、钴、镍等。
它们在外加磁场作用下，能够被磁化并保持磁性，具有广泛的应用领域。
本文将从铁磁材料的磁性起源、磁化过程以及相关应用等方面进行简述。
一、铁磁材料的磁性起源铁磁材料的磁性起源于其原子的磁性行为。
在铁磁材料中，原子具有自旋和轨道磁矩，这些磁矩之间存在着相互作用。
当铁磁材料处于无外加磁场时，这些磁矩的方向是随机的，相互抵消，所以整个物体没有表现出明显的磁性。
二、铁磁材料的磁化过程1. 铁磁材料的磁化过程可以通过外加磁场对材料内部磁矩的影响来实现。
当外加磁场作用于铁磁材料时，磁场的存在会使得材料内部的磁矩发生重新排列，使得它们的方向有序地排列起来。
2. 在外加磁场作用下，铁磁材料内部的磁矩会发生两个主要的变化：磁矩的方向发生改变，磁矩的大小发生增大。
这是因为外加磁场对材料内部的磁矩施加了一个力矩，使得磁矩力图磁场方向旋转，从而改变了磁矩的方向。
同时，外加磁场还对材料内部的电子产生了磁场力，使得磁矩的大小增大。
3. 铁磁材料的磁矩在外加磁场作用下，会逐渐趋于饱和。
当外加磁场增大到一定程度时，铁磁材料内部的磁矩已经基本上全部转向外加磁场的方向，此时磁矩的大小几乎不再改变，称为饱和磁化。
三、铁磁材料的应用铁磁材料由于其独特的磁性特性，在电子技术、电力工业、通信工程等领域有着广泛的应用。
1. 在电子技术中，铁磁材料常用于制造磁存储器、电感器、变压器等。
磁存储器是计算机等电子设备中的重要组成部分，它利用铁磁材料的磁性可变特性，实现数据的存储和读取。
2. 在电力工业中，铁磁材料常用于制造电动机、发电机等设备。
电动机是工业生产中常用的动力装置，铁磁材料的磁性能使得电动机能够产生强大的机械动力。
3. 在通信工程中，铁磁材料常用于制造天线、传感器等设备。
天线是无线通信中的重要部件，铁磁材料的磁性使得天线能够接收和发送无线信号。
结论：铁磁材料的磁化过程是一个通过外加磁场对材料内部磁矩的影响来实现的过程。
5.4铁磁性物质的磁化
磁滞回线
Br——剩磁 Hc——矫顽磁力 Bm——饱和磁感应强度 oa——基本磁化曲线 bc——退磁曲线 abcdega——磁滞回线
磁滞损耗：铁磁物质在反复交变磁化 过程中，内部的小磁畴其取向要不断发 生翻转变化，在此过程中，产生了能量 的损耗，这种损耗称为磁滞损耗。
剩磁和矫顽磁力越大，磁滞回线包围 的面积也越大，磁滞损耗就越大。
二、磁化曲线
铁磁性物质的B随H变化的曲线称为磁化曲线。
硅钢片、铸钢、铸铁的磁化曲线
在铁磁物质的磁化过程中，物质的磁导
率 B 是变化的，不是常数。只有在曲
H
线的线性段，磁导率才可认为是一个常数。
三、磁滞回线
磁滞回线——铁磁物质在被反复正、反向 磁化过程中，形成的B随H变化的闭合曲线。
磁滞——铁磁物质在反复磁化过程中，B的 变化总是滞后于H的变化，这一现象称为磁滞。
四、铁磁物质的磁性能 （1）能被磁体吸引。 （2）能被磁化，并且有剩磁和磁滞损耗。 （3）磁导率μ不是常数，每种铁磁材料都 有一个最大值。 （4）磁感应强度B有一个饱和值Bm。
五、铁磁物质的分类
1.软磁材料：剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料。
特点：易磁化，易去磁，磁滞回线窄，磁滞损耗小。
铁 磁
2.硬磁材料：剩磁和矫顽力均很大的铁磁材料。
第五章 磁场和磁路
第四节：铁磁性物质的磁化
内容提要
一铁磁材料的应用
一、铁磁材料的磁化
使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。 磁化的本质：铁磁材料内部存在大量的“小磁畴”， 每个小磁畴就是一个小磁体。磁化前，这些小磁畴排 列杂乱无章，对外不呈现磁场。但当有外磁场作用时， 小磁畴会发生转动，排列变得有序，磁场互相加强， 对外呈现出磁场。
铁磁性物质的磁化
铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化概述磁化（magnetization）是指物质在外加磁场的作用下出现的磁化现象。
对于铁磁性物质，它们可以在磁场的存在下表现出明显的磁化。
铁磁性物质的磁化是由于铁磁性材料微小的磁偶极子沿磁场方向定向排序而产生的。
在外界磁场的作用下，铁磁性材质可以产生强磁矩，表现出显著的磁性。
铁磁性物质的磁化现象在科学、工程和技术领域都具有重要的应用价值。
铁磁性物质的分类铁磁性物质根据其磁性质可以分为硬磁性物质和软磁性物质两类。
硬磁性物质是指那些在外部磁场影响下难以改变自身磁化状态的材质。
硬磁性物质通常有高的剩磁（Mr）和高的矫顽力（Hc）。
硬磁性物质常用于制造磁性记忆体（例如磁盘、磁带等）。
软磁性物质是指那些在外部磁场影响下能够迅速改变自身磁化状态的材质。
软磁性物质通常有低的剩磁（Mr）和低的矫顽力（Hc）。
这种材质通常用于制造电声设备或者变压器等电气设备。
铁磁性物质的基本原理铁磁性物质的磁性来源于内部的电子自旋。
铁磁性物质中的原子或分子，由于它们的自旋角动量和轨道运动，会发生磁矩的产生。
对于铁磁性物质而言，当自由电子在外加磁场的作用下，自旋和轨道的角动量会对齐，从而产生磁异方性。
磁异方性参数（MAE）是指能够导致磁矩在晶体中取向的物理参数。
磁异方性是由于晶体结构决定的。
铁磁性物质在外部磁场作用下，其磁矩会沿磁场定向排序，从而实现磁化。
铁磁性物质的磁化过程1.外部磁场的作用当外部磁场开始作用时，铁磁性物质中的电子会受到外部磁场的力作用，开始发生原子核外的电子自旋角动量和轨道运动的相互影响，从而开始发生磁矩的定向。
在强磁场作用下，磁矩几乎都是沿着磁场方向定向的。
2.磁矩随磁场变化的过程磁矩随磁场变化的过程可以用一条磁化曲线来表示。
铁磁性物质在外部磁场作用下，其磁矩沿磁场方向逐渐增大（磁饱和），直至达到磁矩最大值。
当外部磁场逐渐减小时，磁矩会逐渐减小，最终回到初始状态。
3.外部磁场的消失当外部磁场消失时，原子磁矩会回到自由状态下的热磁状态，磁矩大小与方向会随机分布。
技术磁化与反磁化
31
在金属磁性材料中，引起 磁后效的主要原因：
李希特（Richter）后效
2 0 MS L i 2 9 S 0
L：内应力波的波长； ：畴壁厚度； S：饱和磁致伸缩系数。
（假定内应力按余弦规律分布）
铁磁性材料的起始导磁率是组织敏感参量。不仅与材料的内禀 参量有关，还与材料的冶金因素有关。 影响i的主要因素是三个参量：K1、MS和S。 MS越高， K1和S 越小， i就越高。 相关的冶金因素有晶粒尺寸，掺杂物数量、尺寸与分布，内应 力大小与分布，缺陷等。
neff：有效玻尔磁子数
N：摩尔磁性原子数
d0：0K时的密度 B：玻尔磁子 A：原子量
7
饱和磁感应强度
B 0 H 0 M
磁性材料应用中， 多使用 饱和磁感应强度BS。
0MS是内禀饱和磁感应强度， 是组织结构不敏感参量。 习惯上定义当0M－H磁化曲 线出现（大体上）水平线， 即磁体磁化到技术饱和时所 对应的B值称为饱和磁感应强 度BS。 同样成分的材料，不同的热 处理，不同的显微组织有不 同的HS，即HS随冶金学因素 而变化，因此：
19
Mr：剩余磁化强度
剩磁
Br：剩余磁感应强度
图中为单轴各向异性无织构的 多晶体在各种磁化状态下的磁 矩角分布的二维矢量模型。
1 n M r MS Vi cos i V 1
V：样品总体积； Vi：第i个晶粒的体积； i：第i个晶粒的MS方向与 外磁场的夹角。
剩磁是组织敏感参量。它对晶体取向和畴结构十分敏感。 Mr主要取决于MS和i角，为获得高剩磁，首先应选高MS 的材料， i角主要决定于晶粒的取向与畴结构，通常用 20 获得晶体织构或畴织构的办法来提高剩磁。
技术磁化与反磁化
1简述铁磁材料的磁化过程
1简述铁磁材料的磁化过程铁磁材料是一类能够在外磁场作用下具有明显磁性的材料，具有较高的磁导率和易磁化的特点。
其磁化过程包括磁矩的定向、自发磁化以及磁饱和等几个阶段。
首先，在无外磁场的情况下，铁磁材料内部的各个原子或离子具有随机的磁矩方向，即处于无序状态。
当外磁场作用于铁磁材料时，磁场将导致材料内部磁矩排列发生定向。
其次，在外磁场作用下，铁磁材料中的磁矩趋向于与外磁场方向一致。
这是因为，外磁场使得磁矩所受到的力矩倾向于将磁矩与外磁场保持平行或反平行的方向。
随着外磁场的增大，越来越多的磁矩将定向于与外磁场方向一致，直到达到一定的磁场强度，即磁饱和。
然而，即使在无外磁场的情况下，铁磁材料仍然表现出自发的磁化行为。
这是因为铁磁材料内部存在着相邻磁矩之间的相互作用。
在无外磁场中，这种相互作用将导致磁矩自发地定向于同一方向，并形成磁畴结构。
磁畴是由一组具有相同磁矩方向的原子或离子组成的区域，磁畴的大小和数量随着材料的性质而有所变化。
当外磁场作用于铁磁材料时，磁畴结构将受到扭曲或破坏，从而引发磁矩的定向变化。
在外磁场强度增大的情况下，磁畴将逐渐减小并最终消失，所有的磁矩将定向于外磁场方向。
这时，铁磁材料达到了磁饱和状态。
总体来说，铁磁材料的磁化过程可以分为磁矩定向、自发磁化和磁饱和三个阶段。
其中，磁矩定向是在外磁场作用下，铁磁材料中的磁矩趋向于与外磁场方向一致；自发磁化是在无外磁场的情况下，铁磁材料内部的磁矩自发地定向于同一方向并形成磁畴结构；而磁饱和则是指铁磁材料中的所有磁矩都定向于外磁场方向，无法进一步增加磁化强度的状态。
这一过程在铁磁材料的性质调控和应用中具有重要的意义。
1简述铁磁材料的磁化过程。
1简述铁磁材料的磁化过程。
铁磁材料的磁化过程是一个复杂而又有趣的现象，涉及到材料内部的微观结构和电子行为。
在理解铁磁材料的磁化过程之前，我们需要先了解一些基本的磁学概念。
一、磁学基本概念1.磁矩：原子或分子中的电子在自旋和轨道运动下产生的磁性，称为磁矩。
每个电子都有一个固有的磁矩，其大小和方向取决于电子的自旋和轨道运动。
2.磁畴：在铁磁材料中，大量原子磁矩会自发排列成一个小区域，称为磁畴。
每个磁畴内部的磁矩排列方向一致，但不同磁畴之间的磁矩排列方向可能不同。
3.磁化强度：单位体积内所有磁矩的矢量和，称为磁化强度。
在铁磁材料中，当所有磁畴的磁矩都排列在同一个方向上时，材料表现出宏观磁性。
二、铁磁材料的磁化过程1.未磁化状态：在未被磁化的铁磁材料中，各个磁畴的磁矩排列方向是随机的，因此整个材料的宏观磁性为零。
2.磁化开始：当外加磁场作用于铁磁材料时，一些磁畴的磁矩开始转向，逐渐与外加磁场方向一致。
这个过程称为磁畴壁位移。
随着外加磁场强度的增加，越来越多的磁畴发生转向，使得材料的宏观磁性逐渐增强。
3.饱和磁化：当几乎所有磁畴的磁矩都与外加磁场方向一致时，材料的宏观磁性达到最大值，称为饱和磁化。
此时，材料的磁化强度与外加磁场强度呈线性关系，表现出高度的磁性各向异性。
4.去除磁场：当外加磁场被去除后，由于材料内部的相互作用，大部分磁畴的磁矩仍然保持在一个方向上，使得材料表现出一定的剩余磁性。
这部分剩余磁性称为矫顽力。
如果继续加强反向磁场，矫顽力会被逐渐抵消，直到所有磁畴的磁矩都与反向磁场方向一致，材料达到反向饱和状态。
5.退磁过程：当反向磁场被去除后，材料会经历一个退磁过程。
在这个过程中，一些磁畴的磁矩逐渐转向，使得材料的宏观磁性逐渐减小。
最终，材料回到未磁化状态。
三、影响铁磁材料磁化的因素1.温度：随着温度的升高，铁磁材料的磁性会逐渐减弱。
当温度达到居里点时，材料的磁性完全消失。
这是因为高温会破坏磁畴的有序排列，导致材料的磁性消失。
铁磁体的技术磁化理论(最全版)PTT文档
0.6 0
100 200 300 400 500
Temperatrue (C)
取决与Br、Hcb及退磁曲线的方形度！
3、在Hc作用的磁化状态（C）
H H 强趋磁于场 饱中和的阶趋段近：饱壁和移定过C 律程J,：和R畴T转过程消C失J,O ，T 出现顺磁过程，Ms变化不大。2400
100% 以M为横坐标，M/H为纵坐标，绘出M/H=f(M)直线，该直线与横轴的交2点00就0 是饱和磁化强度(M= MS ,则式左侧为零，(即b)与横坐标相
向附近和远离外场的对称方向
各有一分布。
C
A D
C’
4、剩磁状态（M）
O
H
样品内部磁场为零，但M≠0（M＝Mr），故多晶样
品内的自发磁化方向在空间分布不均匀。
多晶体的剩余磁化强度：
1 Mr V
MsVi cosi
M rV 1(M sco si V i M sV i co si)
壁移过程的贡献
畴转过程的贡献
与微观结构和成分相关！
B
Br Bx
n (BH)max越大，对外提供 磁 场 高 。 取 决 与 Br 、 Hcb 及
退磁曲线的方形度！
n 温度系数+不可逆损失。 Hcb Hx
描述温度稳定性！
0H
1.1
(a)
1.0
B (T) R
0.9
B B 强磁场中的趋近饱和定R律,R：T
R,OT
100%
0.8
B (RTOT) 对于多晶铁磁材料，由于各晶粒的晶轴取向混乱及晶粒间的相互作用，磁畴结构非常复z杂=6，.5畴,壁6.5位0移.0过62程/和C磁化矢量转动过程难以分
开。
R,RT
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sin ,
K2
K1
则有
h 1 NM S 2m2
m
Hk
Sucksmith-Thompson关系
9.2 可逆畴壁位移
(1) 刚性畴壁近似 畴壁在位移过程中不会变形
平衡条件
H=0时，畴壁按总自由能最低分布. H≠0时, 畴壁位移到总自由能最小
的平衡位置. UH Ui min.
UH Ui FH Fi dV 0
为一直线
材料能在一个有限大小的磁场H=2Ku/Ms时，达到饱和
对取向混乱的单轴的单畴颗粒集合体
M R 0.5M s
材料的初始磁化率
i
M H
H 0
M / H /
0
Mssin( 0 )
Ku 2 cos2 sin( 0 ) sin 2 cos( 0 )
0Ms
sin 2 ( 0 )
样品总的磁化强度为
M
2M S
S cos
40
M
2 S
cos2 H
S
初始磁化率为
i
M H
4
0
M
2 S
cos2 S
对于K1>0的立方晶系材料(如Fe)
cos2
1 3
(12
2 2
32 )
1 3
i
40M
2 S
3
S
对于K1<0的立方晶系材料，易磁化方向为<111>型方向
cos2
1 4
[
1 3
(1
E
K 1sin 2
K2
sin 4
0 MsH
sin
N 2
0M
2 S
sin 2
平衡时 E 0
2 K 1s in
cos
4K2
sin3
cos
0M sH
cos
N0
M
2 s
s in
cos
0
H
2K1
0M s
sin
4K2
0M s
sin3
NM s
s in
令
h H /( 2Ku ),
0M s
m M Ms
Pe
U H jk
0HM s (cos j cosk )
对180°畴壁, 令 j , k
Pe 20HM s cos
正的Pe 方向为从j指向k .
畴壁位移的内部阻滞力
Pi
U jk jk
DWD导致在 jk内Ms从一个易轴方向k转到另一个易轴
方向j. 对无缺陷的理想单晶体, Pi 0 ; 在实际晶体中, 由
H Ku sin 2 0M s sin(0 )
在磁场方向上测得的磁化强度的分量为：
M M s cos(0 )
令
m M , Ms
h H /( 2Ku )
0M s
则有
h sin 2 2sin(0 ) m cos(0 )
一般情况
5º
对 θ0=90°,可求得
M
0M
2 S
H
2Ku
0
0
M
2 S
2Ku
sin 2 0
(2) 单轴多畴单晶体沿难磁化方向的磁化
——Sucksmith-Thompson关系
考虑一单晶钴球。在退磁状态，它包含许多180°磁畴。总磁化 强度为零。
图9.1.4 H平行于难磁化向时钴 单晶的磁化
图9.1.5 Sucksmith-Thompsoh关系图
系统的总能量可以写为
2
3 )2
1 3
(1
2
3)2
1 3
(1
2
3 )2
1 3
(1
2
3 )2 ]
1 3
对于晶粒取向混乱分布的多晶体
cos2 /2 cos2 sind 1
0
3
180°畴壁的初始磁化率为
i180
4
0
பைடு நூலகம்
M
2 S
3
S
三种框状样品的方位和 i --B关系
框边为<100>方向的样品 cos2 1
r 为各向异性, 与畴壁面积S成正比,与dPi 成反比, 依赖
于能量Ei的起伏
dx
设畴壁能可以写为
EW
E0
2
(
0)2
E0
2
2
外磁场作用能的变化为
EH 20 M S H (cos )
总能量 平衡时
E EW EH E 0
20M S H cos 0 20M S cos H
x
x
Pe
dPi
M
s
cos j
cosk
dPi
H
dx
dx
M jk M s cos j cosk dS jk x
M
2 s
cos j
cosk
2
dPi
dS jk H
dx
M H M jk jk
r
M H H
M
2 s
[(cos j cosk )2
jk
dSik ] dPi dx
4.1×105
室温值
磁致伸缩
3
2
磁退火
Ku
轧制各向异 Ku 性
镍
4.7×104
λ=31×10-6
δ=100kg/mm2
24坡莫合金 24坡莫合金
2×102 2×104
冷速10/分
（110）轧制 变形量70%
单畴粒子
铁
4
0
M
2 S
4.6×105
细长微粉 β=0.5
由 E 0 ，得
Ku sin 2 0HM s sin(0 ) 0
第九章 可逆磁化过程
9.1 可逆转动磁化过程
(1) 磁化转动过程. 外场H的扭矩导致畴中磁化转动 总自由能 E(,)最低, 和定义为Ms在极坐标中 的角度.
E EK E EH
E 0, E 0
2E
2
0,
2E
2
0
以铁形晶体为例. H // 110 (忽略E)
E EK
EH
K1 4
2cos2 1 2 0HMs cos,
于缺陷导致U jk 波动, 使得 Pi 0 . U jk 为畴壁位置的函
数.
畴壁平衡方程
Pe Pi
Pe 为减小磁场作用能UH, 是畴壁位
移发生的驱动力 随H变化, 畴壁的平衡位置发生变化, 导致可逆畴壁位移 及磁化变化.
可逆磁化率 r
当H增加H , 畴壁移动 x ,
由 Pe Pi ,
Pe
dPi dx
or FHdV FidV.
其中, Fi F Fex Fan F FM
等效外压力
一畴壁在外场H下处于平衡状态下的畴壁元面积 Sjk , 设
有一从j到k的虚位移 x , 导致在体积元 v jk S jkx, 中
的磁化方向变化及外场作用能变化
U H 0HM s (cosk cos j )v jk
在 HC,
d 2E 0.
d 2
r
dM dH
0
M
2 s
2K1
1
6cos2
1
当
H 0,
r
i
0M
2 s
4K1
单轴各向异性材料
F Ku sin2 0HM s cos(0 )
单轴各向异性可能来源于 磁晶各向异性能, 磁 弹性能以及形状各向异性能等.
类型
符号
磁晶各向异 K1 性
材料 钴
Ku值（J/m3） 备 注
dEH dEK , or
d
d
LH Li
2K1 2cos2 1 cos
0HMs
M M s cos ,
2 K1 2
M Ms
2
1
M Ms
0HMs.
dE 0,
d
依据
d 2E 0,
d 2
当H由 Hc
A至E为能量极小. 可逆过程
当H由 Hc L至F为能量极小. 可逆过程.
E至F为能量极大.