材料物理性能_磁学性能
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一，宏观无磁性。但在外磁场作用下，各磁矩有规则地取向， 使磁介质宏观显示磁性，完成磁化过程。
为了描述物质的磁化状态和衡量其磁性强弱，引入磁化强 度的概念，磁化强度M是单位体积的总磁矩：
MH 磁化强度M是反映物质磁化状态（强度和方向）的物理量。
M可正、可负，由磁体内磁矩矢量和的方向决定，因而磁化了 的磁介质内部的磁感应强度B可能大于，也可能小于磁介质不存
磁化及磁介质：物质在磁场中受磁场的作用而表现出磁性的过程称为
磁化。能够被磁化的物质叫做磁性物质或磁介质。
B H 磁场：如果将两个磁极靠近，在两个磁极之间产生作用力——同性相
斥和异性相吸。磁极之间的作用力是在磁极周围空间传递的，这里存在着 磁力作用的特殊物质，称之为磁场。磁场的强弱可以用假想的磁力线数量 来表示，磁力线密的地方磁场强，磁力线疏的地方磁场弱。单位截面上穿 过的磁力线数目称为磁通量密度。
式中：m – 载流线圈的磁矩； I – 载流线圈通过的电流； ΔS – 载流线圈的面积；
B H n–载流线圈平面的法线方向上的单位矢量。 在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J为： J = Pm×B 式中：J为矢量积，B为磁感应强度。
5
2. 磁化强度（P130） 对于一般磁介质，无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不
7
4. 磁感应强度和磁导率（P133） 材料在磁场强度为H的外加磁场（直流、交变或脉冲磁
场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为 磁感应强度B，即在强度为H的磁场中被磁化后，物质内磁场 强度的大小。
B H 在真空中，磁感应强度为：
式中μ0为真空磁导率 BB 0B '0H 0M 0H 0H 0(1)H
B
15
H 电子产生抗磁矩的示意图（沿圆周箭头指电流方向）
抗磁性的特征
❖ 所感应的磁矩很小，方向与外磁场相反，即磁化强度M为 很小的负值，抗磁体在磁场中受微弱斥力。 ❖ 相对磁导率μr ＜1，磁化率χ ＜0（为负值）。 ❖ 在抗磁体内部的磁感应强度B比真空中的小。抗磁体的磁 化率χ约为-10-6数量级。
B H 原子磁矩取决于未填满壳层电子的轨道磁矩和自旋磁矩。
对于电子壳层已填满的原子，虽然其轨道磁矩和自旋磁矩的总 和为零，但这仅是在无外磁场的情况；当有外磁场作用时，即 使对于那种总磁矩为零的原子也会显示出磁矩来。这是由于电
子的循轨运动在外磁场的作用下产生了抗磁磁矩△P的缘故。
14
抗磁性物质的原子(离子)磁矩为零， 当抗磁性物质放入外磁场中，电子 受到洛伦兹力的作用产生一个附加 向心力ΔK，从而使电子轨道改变， 感生一个附加磁矩，其方向与外磁 场方向相反。
第四章 材料的磁学性能
B H P130
1
本章内容
材料的基本磁学性能 物质的磁性及其物理本质
B H 磁畴及技术磁化 磁性材料
2
I、材料的基本磁学性能
磁性：磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不
均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁 性的强弱。任何物质都具有磁性，只是种类和强弱不同。
B H 在时真空中的磁感应强度B0。
6
3. 磁化率（P131）
为了确定材料的磁化强度M与外磁场强度H、温度T之间 的关系，引入磁化率的概念。
在给定的外界条件（T－Fra Baidu bibliotek数），磁化率等于磁化强度M 与磁场强度H之比。
B H 04107H/m 式中：χ为介质的磁化率，反映材料磁化的难易程度，无量纲， 可正可负，是物质磁性分类的主要依据。
8
在磁介质中，磁感应强度与磁场强度的关系为：
J
P
BH
E
0
E
r
1
B H
B H M H r 1
式中：μ为磁导率，是磁性材料最重要的物理量之一，反映 了介质的特性，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。
9
磁学与电学基本物理量的比较
电学物理量 (单位) 磁学物理量 (单位)
根据物质磁性的强弱和磁化率的正负，可将物质的磁性 分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。
13
1. 抗磁性（P132、P136）
抗磁性的理解 由于外磁场使电子的轨道运动发生变化而引起的，方向
与外磁场相反的一种磁性。它是一种很弱的、非永久性的磁 性，只有在外磁场存在时才能维持。
抗磁性的形成
B H 若有末被填满的电子壳层，这个壳层的电子总磁矩不为 零，则原子就具有对外的永久磁矩。
原子固有磁矩的存在与否以及原子间的相互作用 使物质表现出不同的磁性。
12
二、磁性的分类
P 132
对原先不存在宏观 磁性的材料，施加 一个从零逐渐增大 的磁场，则对不同 的材料可得到不同
B H 的M-H关系曲线， 即基本磁化曲线。
3
1. 磁矩 （P130）
磁矩是描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量，表征磁
MB 性物体磁性的大小，磁矩越大，磁性越强，即物体在磁场中
H 受的力也越大。
4
磁源于电：一个环形电流周围的磁场犹如一条形磁体的磁场， 具有磁矩Pm，其大小为电流与封闭环形面积的乘积，其方向 符合右螺旋法则。
Pm= nIS
极化率α
磁化率χ
10
II、物质的磁性及其物理本质
一、物质磁性的基础（P135）
轨道磁矩
电子围绕原子核的轨道运
动，产生一个非常小的磁
场，形成一个沿旋转轴方
B H 向的磁矩，即轨道磁矩。
自旋磁矩
每个电子本身有自旋运动 产生一个沿自旋轴方向的 磁矩，即自旋磁矩。
Orbital 轨道磁矩
Spin 自旋磁矩
电流强度 I (A) 磁通量 Ф (Wb)
0(1) 电流密度 J (A/m2) 磁通密度 B (Wb/m2) 电场强度 E (V/m) 磁场强度 H (A/m)
B H 电导率σ (Ω-1·m-1) 磁导率 μ (H/m)
电偶极矩 μ (C·m) 磁矩 Pm (Wb·m) 极化强度 P (C/m2) 磁化强度 M(Wb/m2)
11
原子磁矩的确定
► 原子的磁距主要由电子的磁距组成，而电子的磁距又是其 轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和（原子固有磁距）。 ► 原子是否具有磁矩，取决于其具体的电子壳层结构。
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Pm=0。
为了描述物质的磁化状态和衡量其磁性强弱，引入磁化强 度的概念，磁化强度M是单位体积的总磁矩：
MH 磁化强度M是反映物质磁化状态（强度和方向）的物理量。
M可正、可负，由磁体内磁矩矢量和的方向决定，因而磁化了 的磁介质内部的磁感应强度B可能大于，也可能小于磁介质不存
磁化及磁介质：物质在磁场中受磁场的作用而表现出磁性的过程称为
磁化。能够被磁化的物质叫做磁性物质或磁介质。
B H 磁场：如果将两个磁极靠近，在两个磁极之间产生作用力——同性相
斥和异性相吸。磁极之间的作用力是在磁极周围空间传递的，这里存在着 磁力作用的特殊物质，称之为磁场。磁场的强弱可以用假想的磁力线数量 来表示，磁力线密的地方磁场强，磁力线疏的地方磁场弱。单位截面上穿 过的磁力线数目称为磁通量密度。
式中：m – 载流线圈的磁矩； I – 载流线圈通过的电流； ΔS – 载流线圈的面积；
B H n–载流线圈平面的法线方向上的单位矢量。 在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J为： J = Pm×B 式中：J为矢量积，B为磁感应强度。
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2. 磁化强度（P130） 对于一般磁介质，无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不
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4. 磁感应强度和磁导率（P133） 材料在磁场强度为H的外加磁场（直流、交变或脉冲磁
场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为 磁感应强度B，即在强度为H的磁场中被磁化后，物质内磁场 强度的大小。
B H 在真空中，磁感应强度为：
式中μ0为真空磁导率 BB 0B '0H 0M 0H 0H 0(1)H
B
15
H 电子产生抗磁矩的示意图（沿圆周箭头指电流方向）
抗磁性的特征
❖ 所感应的磁矩很小，方向与外磁场相反，即磁化强度M为 很小的负值，抗磁体在磁场中受微弱斥力。 ❖ 相对磁导率μr ＜1，磁化率χ ＜0（为负值）。 ❖ 在抗磁体内部的磁感应强度B比真空中的小。抗磁体的磁 化率χ约为-10-6数量级。
B H 原子磁矩取决于未填满壳层电子的轨道磁矩和自旋磁矩。
对于电子壳层已填满的原子，虽然其轨道磁矩和自旋磁矩的总 和为零，但这仅是在无外磁场的情况；当有外磁场作用时，即 使对于那种总磁矩为零的原子也会显示出磁矩来。这是由于电
子的循轨运动在外磁场的作用下产生了抗磁磁矩△P的缘故。
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抗磁性物质的原子(离子)磁矩为零， 当抗磁性物质放入外磁场中，电子 受到洛伦兹力的作用产生一个附加 向心力ΔK，从而使电子轨道改变， 感生一个附加磁矩，其方向与外磁 场方向相反。
第四章 材料的磁学性能
B H P130
1
本章内容
材料的基本磁学性能 物质的磁性及其物理本质
B H 磁畴及技术磁化 磁性材料
2
I、材料的基本磁学性能
磁性：磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不
均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁 性的强弱。任何物质都具有磁性，只是种类和强弱不同。
B H 在时真空中的磁感应强度B0。
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3. 磁化率（P131）
为了确定材料的磁化强度M与外磁场强度H、温度T之间 的关系，引入磁化率的概念。
在给定的外界条件（T－Fra Baidu bibliotek数），磁化率等于磁化强度M 与磁场强度H之比。
B H 04107H/m 式中：χ为介质的磁化率，反映材料磁化的难易程度，无量纲， 可正可负，是物质磁性分类的主要依据。
8
在磁介质中，磁感应强度与磁场强度的关系为：
J
P
BH
E
0
E
r
1
B H
B H M H r 1
式中：μ为磁导率，是磁性材料最重要的物理量之一，反映 了介质的特性，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。
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磁学与电学基本物理量的比较
电学物理量 (单位) 磁学物理量 (单位)
根据物质磁性的强弱和磁化率的正负，可将物质的磁性 分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。
13
1. 抗磁性（P132、P136）
抗磁性的理解 由于外磁场使电子的轨道运动发生变化而引起的，方向
与外磁场相反的一种磁性。它是一种很弱的、非永久性的磁 性，只有在外磁场存在时才能维持。
抗磁性的形成
B H 若有末被填满的电子壳层，这个壳层的电子总磁矩不为 零，则原子就具有对外的永久磁矩。
原子固有磁矩的存在与否以及原子间的相互作用 使物质表现出不同的磁性。
12
二、磁性的分类
P 132
对原先不存在宏观 磁性的材料，施加 一个从零逐渐增大 的磁场，则对不同 的材料可得到不同
B H 的M-H关系曲线， 即基本磁化曲线。
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1. 磁矩 （P130）
磁矩是描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量，表征磁
MB 性物体磁性的大小，磁矩越大，磁性越强，即物体在磁场中
H 受的力也越大。
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磁源于电：一个环形电流周围的磁场犹如一条形磁体的磁场， 具有磁矩Pm，其大小为电流与封闭环形面积的乘积，其方向 符合右螺旋法则。
Pm= nIS
极化率α
磁化率χ
10
II、物质的磁性及其物理本质
一、物质磁性的基础（P135）
轨道磁矩
电子围绕原子核的轨道运
动，产生一个非常小的磁
场，形成一个沿旋转轴方
B H 向的磁矩，即轨道磁矩。
自旋磁矩
每个电子本身有自旋运动 产生一个沿自旋轴方向的 磁矩，即自旋磁矩。
Orbital 轨道磁矩
Spin 自旋磁矩
电流强度 I (A) 磁通量 Ф (Wb)
0(1) 电流密度 J (A/m2) 磁通密度 B (Wb/m2) 电场强度 E (V/m) 磁场强度 H (A/m)
B H 电导率σ (Ω-1·m-1) 磁导率 μ (H/m)
电偶极矩 μ (C·m) 磁矩 Pm (Wb·m) 极化强度 P (C/m2) 磁化强度 M(Wb/m2)
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原子磁矩的确定
► 原子的磁距主要由电子的磁距组成，而电子的磁距又是其 轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和（原子固有磁距）。 ► 原子是否具有磁矩，取决于其具体的电子壳层结构。
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Pm=0。