材料物理性能 磁 lx
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B H 0 r H 0 (1 ) H 0 H 0 H 0 H 0 M
《材料物理性能》——磁学性能
磁性参数与介电参数的比较
p
1）H(A/m) ---E (V/m) : 导致极化的外部驱动力的量度； 2）M ( VS/m2） ----P (C/m2)：材料对外部作用场的响应的量度； 3 ) χ（） ----------- χ e 无量纲，描述材料对外部作用场的响应； 4）μ0--------------ε0 建立材料的相应参数和尺度参比量
《材料物理性能》——磁学性能
二、抗磁性
M S N F
抗磁性材料
《材料物理性能》——磁学性能
物质的抗磁性
电磁感应普遍存在
由于电磁感应 磁场中运动电子轨道发生 变化，产生抗磁性： 普遍存在；
值很小，通常被掩盖
eh B 0.927 1023 J T 1 4 mc
r
i
v
e
一、原子本征磁矩
电子的自旋磁矩：电子除了做轨道运动还有自旋，因
此具有自旋磁矩。
eh s s 2s B 2 mc
原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子固有磁矩，也 称本征磁矩。 如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个球形对称的集 体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相抵消，此时原子本征磁矩为零。
第一节 磁性基本量及磁性分类
3. 铁磁体
X>>1, 在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度， 且M或B与外磁场强度H呈非线性关系变化。 例：纯铁 B0=10-6T时，其磁化强度M=104A/m FeSO4(顺磁性）， B0=10-6T时，其磁化强度M=0.001A/m 居里温度Tc
第一节 磁性基本量及磁性分类
第一节 磁性基本量及磁性分类
二、物质的磁性分类：
根据固体中电子与外部磁场之间交互作用的性质与强度，将材料分为5类： 与外部无响应（基本）：
抗磁性
顺磁性 反铁磁性 与外部磁场有强烈的相互作用： 铁磁性 亚铁磁性 X≥1 X≤ 1
第一节 磁性基本量及磁性分类
1. 抗磁体
内部磁场M与外部磁场H的方向相反（X<0, 受微弱的斥力。 可分为： “ 经典”抗磁体： X与T无关 “ 反常”抗磁体： X与T有关 前者的10~100倍） Cu, Ag, Au, Hg, Zn Bi, Ga, In, Zr-Cu (其X是 10-6), 它们在磁场中
第一节 磁性基本量及磁性分类
例：将Al磁化到磁感应强度与地球的磁感应强度相同 (6× 10-5T)，Al的磁化率X=16.5×10-6，求施加的外部磁 场强度。
《材料物理性能》——磁学性能
第一节 磁性基本量及磁性分类
材料的宏观磁性是组成材料的原子中电子 的磁矩引起的，产生磁矩的原因有两个 (1)电子绕原子核的轨道运动，产生一个非常小 的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩； (2)电子绕自身的旋转轴运动，产生自旋磁矩， 它比轨道磁矩要大得多。 因此可以把原子中每个电子都看作一个小磁 体，具有永久轨道磁 矩和自旋磁矩。
注：电子绕原子核的轨道旋转对物质的抗磁性有贡献，电子的自旋 可能对顺磁性有贡献。
第一节 磁性基本量及磁性分类
2. 顺磁体
磁化率X为正值，约为10-3~10-6, 它们在磁场中受微弱的引 力。 可分为： 正常顺磁体： X∝ 1/T 稀土金属 X与温度无关的顺磁体： Pt, 钯，奥氏体不锈钢， Li, Na, K, Rb
第二章 磁学性能
刘欣 2011.09.26
第一节 磁性基本量及磁性分类
1.磁学基本量：
1）磁场强度H：一根通有I安培(A)直流电的无限长直导线，在距导线轴线r米(m)处产 生的磁场强度：
H
I 2r
(A/m)
2）磁偶极矩p：环形电流在其运动中心处产生一个磁矩（或称磁偶极矩)：
p IS
(A• m2)
3) 磁感应强度B：材料在磁场强度为H的外加磁场作用下，会在材料内部产生一定的 的磁通量密度，称其为磁感应强度B。单位：特斯拉（T），或韦伯/米2（Wb/m2)，或 （VS/m2）
B H
式中：μ为磁导率，是材料的本征参数，表示材料在单位磁场强度的外加磁场作用 下，材料内部的磁通量密度。在真空中
三、磁化曲线和磁滞回线
1. 磁化曲线
特征： 非线性的
Ms: 饱和磁化强度；
Bs: 饱和磁感应强度
(1) 起始磁导率（ui ): 磁化曲线起始部分 的斜率。 (2) 最大磁导率（um ): 磁化曲线拐点k处 的斜率
三、磁化曲线和磁滞回线
2. 磁滞回线
当H下降时，B---C---D---E Mr（C）: 剩余磁化强度 Br: 剩余磁感应强度 Hc（D）: 矫顽力 得封闭曲线：E—F—G--B (1) 退磁过程中M的变化落后于H的变化-磁滞现象； (2) 试样的磁化曲线形成一个封闭曲线---磁滞回线。 磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所消耗的功，称为磁滞损耗Q 。
《材料物理性能》——磁学性能
第二节 抗磁性和顺磁性
一切物质磁性的根源，来自原子磁性 原子磁矩有三个来源：
☼ 电子轨道磁矩；
☼ 电子自旋磁矩； ☼ 原子核磁矩。 原子核磁矩值很小，一般可忽略不计。
一、原子本征磁矩
电子的轨道磁矩：电子绕原子核运动，犹如一环形电
流，此环流也应在其运动中心处产生磁矩，称为电子 轨道磁矩。 eh l l B 4 mc 玻尔磁子
4. 亚铁磁体
X>1， 类似于铁磁体，但X没有铁磁体那么大。如磁铁矿、 铁氧体等。
5. 反铁磁体
X>0， 是小的正数，在温度低于某温度时，它的磁化率随温 度升高而增大，高于这个温度，其行为象顺磁体，如氧化镍、 氧化锰等。
《材料物理性能》——磁学性能
图2.1 五类磁体的磁化曲线示意图
第一节 磁性基本量及磁性分类
B0 0 H
μ0为真空磁导率，μ0=4п×10-7 （H/m)
第一节 磁性基本量及磁性分类
一、磁学基本量：
4）相对磁导率μr： 5）磁化率X： 6) 磁化强度M：
r 0
ur 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
M H
单位体积内磁矩之和。
当M，B与H相互平行时，X和μr为标量，否则，它们为 多阶张量。 磁感应强度还可写成：
《材料物理性能》——磁学性能
磁性参数与介电参数的比较
p
1）H(A/m) ---E (V/m) : 导致极化的外部驱动力的量度； 2）M ( VS/m2） ----P (C/m2)：材料对外部作用场的响应的量度； 3 ) χ（） ----------- χ e 无量纲，描述材料对外部作用场的响应； 4）μ0--------------ε0 建立材料的相应参数和尺度参比量
《材料物理性能》——磁学性能
二、抗磁性
M S N F
抗磁性材料
《材料物理性能》——磁学性能
物质的抗磁性
电磁感应普遍存在
由于电磁感应 磁场中运动电子轨道发生 变化，产生抗磁性： 普遍存在；
值很小，通常被掩盖
eh B 0.927 1023 J T 1 4 mc
r
i
v
e
一、原子本征磁矩
电子的自旋磁矩：电子除了做轨道运动还有自旋，因
此具有自旋磁矩。
eh s s 2s B 2 mc
原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子固有磁矩，也 称本征磁矩。 如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个球形对称的集 体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相抵消，此时原子本征磁矩为零。
第一节 磁性基本量及磁性分类
3. 铁磁体
X>>1, 在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度， 且M或B与外磁场强度H呈非线性关系变化。 例：纯铁 B0=10-6T时，其磁化强度M=104A/m FeSO4(顺磁性）， B0=10-6T时，其磁化强度M=0.001A/m 居里温度Tc
第一节 磁性基本量及磁性分类
第一节 磁性基本量及磁性分类
二、物质的磁性分类：
根据固体中电子与外部磁场之间交互作用的性质与强度，将材料分为5类： 与外部无响应（基本）：
抗磁性
顺磁性 反铁磁性 与外部磁场有强烈的相互作用： 铁磁性 亚铁磁性 X≥1 X≤ 1
第一节 磁性基本量及磁性分类
1. 抗磁体
内部磁场M与外部磁场H的方向相反（X<0, 受微弱的斥力。 可分为： “ 经典”抗磁体： X与T无关 “ 反常”抗磁体： X与T有关 前者的10~100倍） Cu, Ag, Au, Hg, Zn Bi, Ga, In, Zr-Cu (其X是 10-6), 它们在磁场中
第一节 磁性基本量及磁性分类
例：将Al磁化到磁感应强度与地球的磁感应强度相同 (6× 10-5T)，Al的磁化率X=16.5×10-6，求施加的外部磁 场强度。
《材料物理性能》——磁学性能
第一节 磁性基本量及磁性分类
材料的宏观磁性是组成材料的原子中电子 的磁矩引起的，产生磁矩的原因有两个 (1)电子绕原子核的轨道运动，产生一个非常小 的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩； (2)电子绕自身的旋转轴运动，产生自旋磁矩， 它比轨道磁矩要大得多。 因此可以把原子中每个电子都看作一个小磁 体，具有永久轨道磁 矩和自旋磁矩。
注：电子绕原子核的轨道旋转对物质的抗磁性有贡献，电子的自旋 可能对顺磁性有贡献。
第一节 磁性基本量及磁性分类
2. 顺磁体
磁化率X为正值，约为10-3~10-6, 它们在磁场中受微弱的引 力。 可分为： 正常顺磁体： X∝ 1/T 稀土金属 X与温度无关的顺磁体： Pt, 钯，奥氏体不锈钢， Li, Na, K, Rb
第二章 磁学性能
刘欣 2011.09.26
第一节 磁性基本量及磁性分类
1.磁学基本量：
1）磁场强度H：一根通有I安培(A)直流电的无限长直导线，在距导线轴线r米(m)处产 生的磁场强度：
H
I 2r
(A/m)
2）磁偶极矩p：环形电流在其运动中心处产生一个磁矩（或称磁偶极矩)：
p IS
(A• m2)
3) 磁感应强度B：材料在磁场强度为H的外加磁场作用下，会在材料内部产生一定的 的磁通量密度，称其为磁感应强度B。单位：特斯拉（T），或韦伯/米2（Wb/m2)，或 （VS/m2）
B H
式中：μ为磁导率，是材料的本征参数，表示材料在单位磁场强度的外加磁场作用 下，材料内部的磁通量密度。在真空中
三、磁化曲线和磁滞回线
1. 磁化曲线
特征： 非线性的
Ms: 饱和磁化强度；
Bs: 饱和磁感应强度
(1) 起始磁导率（ui ): 磁化曲线起始部分 的斜率。 (2) 最大磁导率（um ): 磁化曲线拐点k处 的斜率
三、磁化曲线和磁滞回线
2. 磁滞回线
当H下降时，B---C---D---E Mr（C）: 剩余磁化强度 Br: 剩余磁感应强度 Hc（D）: 矫顽力 得封闭曲线：E—F—G--B (1) 退磁过程中M的变化落后于H的变化-磁滞现象； (2) 试样的磁化曲线形成一个封闭曲线---磁滞回线。 磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所消耗的功，称为磁滞损耗Q 。
《材料物理性能》——磁学性能
第二节 抗磁性和顺磁性
一切物质磁性的根源，来自原子磁性 原子磁矩有三个来源：
☼ 电子轨道磁矩；
☼ 电子自旋磁矩； ☼ 原子核磁矩。 原子核磁矩值很小，一般可忽略不计。
一、原子本征磁矩
电子的轨道磁矩：电子绕原子核运动，犹如一环形电
流，此环流也应在其运动中心处产生磁矩，称为电子 轨道磁矩。 eh l l B 4 mc 玻尔磁子
4. 亚铁磁体
X>1， 类似于铁磁体，但X没有铁磁体那么大。如磁铁矿、 铁氧体等。
5. 反铁磁体
X>0， 是小的正数，在温度低于某温度时，它的磁化率随温 度升高而增大，高于这个温度，其行为象顺磁体，如氧化镍、 氧化锰等。
《材料物理性能》——磁学性能
图2.1 五类磁体的磁化曲线示意图
第一节 磁性基本量及磁性分类
B0 0 H
μ0为真空磁导率，μ0=4п×10-7 （H/m)
第一节 磁性基本量及磁性分类
一、磁学基本量：
4）相对磁导率μr： 5）磁化率X： 6) 磁化强度M：
r 0
ur 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
M H
单位体积内磁矩之和。
当M，B与H相互平行时，X和μr为标量，否则，它们为 多阶张量。 磁感应强度还可写成：