材料的磁学性能

实际上磁极总是以正负对的形式存在，目前尚 未发现单独存在的磁极。 （此句要修正——《Science, 2009,9,3》）
将相互接近的一对磁极＋q和－q称为磁偶极子 真空中，单位外磁场作用在相距d的磁偶极子上
的最大的力矩 Pm＝qd
称为该磁偶极子的磁偶极矩（磁动量）。
磁表偶示极，矩即与真空磁导率0的比值称为磁矩，用m
外磁场强度H增大，则材料的磁化强度增大
M=H
其中称为材料的磁化率，即单位磁场强度可引
起的材料的磁化强度，是一个无量纲的量。
定义
r
0
为材料的相对磁导率，r也是无量纲的。可推导
B=H=0H+0M=0H+0H＝0(1+)H
所以
0
1
r
1
——绝对磁导率、相对磁导率r、和磁化率都
是描述材料在外磁场下磁化能力的物理量，他们
B k Fmax qv
q：磁场中运动电荷的电量；v：电荷的运动速度； Fmax：电荷在磁场中所受的最大力，出现在电荷 运动速度与磁场方向垂直时；k：比例系数
国际单位制中通过选择合适的单位使k=1，则 B Fmax qv
单位：F为牛顿(N)，q为库仑(C)，v为米／秒 (m/s)，B为特斯拉(T)。 B是矢量，其方向是磁场方向，规定为该点所放 的小磁针平衡时N极所指的方向。
magnetic properties of materials)
人类最早认识的磁现象：磁石吸铁、指南北、分 磁极、磁偏角。磁针——以磁石使铁针磁化。
划时代的伟大发现——1820年，奥斯特，电流能 在周围空间产生磁场，首次将电与磁联系起来。
磁力——通过磁场传递。 磁场——通过对载流导体或运动电荷有力的作用 体现出来的——定义磁场中一点的磁感应强度
4．亚铁磁体： >0，与铁磁体类似，但 小些。
如磁铁矿，铁氧体等。 磁化率不如铁磁体高，但其电阻大，产生的涡 流损耗小，适于制作电导率低的磁性材料。
5．反铁磁体： >0，且在低温时与磁场方向有
关，在高温时与顺磁体相同。 如-Mn，MnO，Cr2O3，Cr, CoO, ZnFeO4等。
铁磁体和亚铁磁体称为强磁体；抗磁体、顺磁体 和反铁磁体称为弱磁体，通常磁性材料为强磁体。
7.2 孤立原子的磁矩 (Magnetic moment of isolated
atoms)
7.2.1 电子和原子核的磁矩 (magnetic moments of
electrons and atomic nucleus)
从本质上说，一切材料的磁性都来源于电荷的运 动（或电流）。 材料的磁性源于原子（小磁铁）的磁性。
m=Pm/0
当磁偶极子与外磁场方向成一定角度时它将受到 磁场力的作用产生转矩，转矩力图使磁偶极矩 Pm处于能量最低方向。
磁偶极矩与外磁场的作用的势能称为静磁能
U＝－Pm·H＝－PmHcos
其中是Pm与H的夹角。
外磁场作用下磁场力 的作用转矩有使磁偶 极矩处于能量最低状 态的趋势。
2. 电子轨道磁矩
7．1 材料磁性能的表征参量和材料 磁化的分类
(Character parameters of magnetic properties of materials and classification of material magnetization)
7.1.1 材料磁性能的表征参量 (Character parameters of
原子的磁矩来源于电子的运动和原子核的自旋。
电子轨道磁矩 原子的磁矩 电子自旋磁矩
原子核自旋磁矩
1. 磁矩
与电荷类似，将磁荷定义成磁的基本单位。两磁 极若分别有q1和q2磁荷的磁极强度，则其作用力
F
k
q1q2 r2
其中r为磁极间距，k为比例常数。 磁极q在外磁场中要受到力的作用，且有该力
F=qH 其中H为外磁场的强度。
磁介质在磁场中发生磁化而影响磁场，所以磁介 质中的磁感应强度B等于真空中的磁感应强度B0 和由于磁介质磁化而产生的附加磁感应强度B之 和，即
B=B0+B
——磁感应强度B描述的是传导电流的磁场和磁 介质中磁化电流的磁场的综合场的特性。
电介质中的电场强度E为真空中的电场强度E0和 由于电极化而产生的附加电场强度E之和
B=H 其中称为材料的磁导率或绝对磁导率。
所以
B=B0+B=0H+0M=0(H+M)
其中M称为材料的磁化强度，其物理意义为材料 在外磁场中被磁化的程度。
——材料内部的磁感wenku.baidu.com强度可看成材料对自由
空部分间场的叠反加应而0成H和。磁化引起的附加磁场0M两
磁化强度M用单位体积内的磁矩多少来衡量，即
其中V为材料的体积，m为其中磁矩的矢量和。
如 场果 的磁 强场 度在H可真由空下中式形确成定的：磁感应强度为B0，则磁
B0=0H 0：真空磁导率（真空透磁率） 0=410-7亨利／米(H/m)
H——描述磁场的一个重要的物理量，无论在真 空或在磁介质中，H只表征传导电流的磁场特征， 与磁介质无关。
将材料放入磁场强度为H的自由空间，则材料中 的磁感应强度
磁性材料获得了越来越多的应用： 软磁材料：铁芯、电磁铁 硬磁材料：永久磁铁 磁记录材料：磁头、软盘、硬盘、磁带
普通物理——强调电与磁的交互作用
本章内容： 材料的磁学——材料磁学性质、来源？ 材料对外磁场的反应？本质原因？ 不同磁性材料的性能及其应用。
磁性与材料的微观结构的联系——通过磁性研 究材料的结构：键合情况、晶体结构。
2．顺磁体： >0，在10-3～10-6数量级。
如奥氏体， Pt，Pd，Li，Na，K，Rb等。
顺磁体的另一特征是其磁化率一般与绝对温度
成反比。
3．铁磁体： >0且很大，可达106数量级，与外
磁场呈非线性关系。 在点高或于居某里一温临度界。温 外度 磁场Tc变消成失顺仍磁保体留，一定Tc的称磁为化居率里 如Fe，Co，Ni，Y，Dy及其某些合金等。
之间有固定的关系，知道其中的一个即可求出另 外的两个。
7.1.2 材料磁化的分类 (classification of material
magnetization)
根据材料 的磁化率， 将材料分 为五类
1. 抗磁体：<0且绝对值很小，在10-6数量级。
约一半金属是抗磁体，如Cu，Ag，Au，Hg， Zn、Bi、Ga、Sb、Sn、In等。