材料物理性能-第6章-磁学性能
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二、磁化：是指在物质中形成了成对的N、S磁极。
三、电荷——磁极，电荷量——磁极强度
两个磁极间的相互作用力与两个电荷间的相互作用力表达式 相似。所不同的是公式中一个有真空介电常数o ，一个为真 空磁导率 o
偶极子：构成质点的正负电荷沿 电场方向在有限范围内短程移动， 形成一个偶极子
E -q
电偶极矩 ：=ql
磁性是物质的基本属性之一。
外磁场发生改变时，系统的能量也随之改变，这时就表现 出系统的宏观磁性。
磁性不只是一个宏观的物理量，而且与物质的微观结构 密切相关。它不仅取决于物质的原子结构，还取决于原子 间的相互作用——键合情况、晶体结构。因此，研究磁性 是研究物质内部结构的重要方法之一。
1. 磁学基本量
铁磁体是我们要重点介绍的磁性物质。
亚铁磁体
这类磁体有些像铁磁体，但 值没有铁磁体那
样大通常所说的磁铁矿、铁氧体等属于亚铁磁体。
反铁磁体
这类磁体的 是小的正数，在温度低于某温度
时，它的磁化率同磁场的取向有关；高于这个温 度，其行为像顺磁体。
具体材料有一Mn、铬，还有如氧化镍、氧化 锰等。
M m/V
将材料放入磁场强度为H的自由空间，材料中的磁感应 强度为，
B B0 B
式中 B 称为束缚电流的磁感应强度。
B 0M
B 0H 0M 0 H M 0rH
式中 r 称为相对磁导率。 绝对磁导率为： 0r
M r 1 H mH
环形电流在其运动中心处产生一个磁矩m(或称磁偶极矩) 一个环形电流的磁矩定义为：
m IS
式中：I为环形电流的强度，S为环流所包围的面积，m 的方向可用右手定则来确定。
将磁矩m放入磁感应强度为B的磁场中，它将受到磁 场力的作用而产生转矩，其所受转矩为：
T mB
磁矩与外磁场的作用能称为静磁能。处于磁场中某方向 的磁矩所具有的静磁能为，
磁场中受微弱斥力。金属中约有一半简单金属是抗磁
体。根据 与温度的关系，抗磁体又可分为：①“经 典”抗磁体，它的 不随温度变化，如铜、银、金、 汞、锌等。反常抗磁体，它 的 随温度变化，且其
大小是前者的10一100倍，如铋、镓、锑、锡、铟、
铜一锆合金中的 相等。
顺磁体
磁化率 为正值，大约在10-3 ～10-6数量级。 根据 与温度的关系可分为：
也可用环行电流描述磁矩M
的定义 ：M=IS
磁矩
（ I：为环形电流， S： 封闭环形的面积）
极化强度P： P= o eE （ e：电极化率） 磁化强度M= m/V= H (：磁化率) 如图：有F=BI，
外磁场H y
x
电流 z
力F(罗仑兹力）
真空中有B= 0H( o :真空磁导率)(相对应电流 密度与外加电场的关系： =1/ =J/E) 磁性体对外部磁场的反应强度可通过下式表示： 对于厘米克秒制单位：
磁矩：将磁极强度为qm、相距为L 的磁极对置于磁场强度H中，为达 到与磁场平行，该磁极对要受到 磁场力F的作用，在转矩 T=LqmHsin的作用下，发生旋转, 该式中的系数qmL定义为磁矩。
l
偶极子
Mi= qmL 磁偶：具有磁矩的磁极对
S -qmH
+q
N qmH
极化强度P——磁化强度M （单位体积中的偶极矩或磁 偶矩，表征材料被极化或磁 化的能力。）
1) 正常顺磁体，其 随温度变化符合 l／T关系，
如，金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。
2) 与温度无关的顺磁体，例如锂、钠、钾、铷
等金属。
铁磁体 在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。
是很大的正数，且与外磁场呈非线性关系变化。
具体金属有铁、钴、镍等。 铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体。 此临界温度称为居里温度或居里点，常用Tc表示。
第 6 章 材料的磁学性能
6.1 磁学现象及磁性分类 6.2 磁性的本质 6.3铁磁性和亚铁磁性材料的特性 6.4磁性材料的物理效应
6.1 磁学现象及磁性
6.1 磁学现象及磁性
引言
我们都接触过磁现象：磁铁吸引铁片，同极相斥、异 极相吸，接触过磁铁的大头针用细线吊起会自动南北指向， 磁铁上的铁屑会形成毛刺并构成连线等等。
铜
8.8
岩盐
12.6
铋
176
常用铁磁性物质、铁氧体的磁性能
物质
μ0（起始）
居里温度
Fe
150
1043
Ni
110
627
Fe3O4
70
858
NiFe2O4
10
858
Mn0.65Zn0.35Fe2O4
1500
400
3. 物质磁性分类：
根据物质的磁化率，可以把物质的磁性大致分为五类：
抗磁体
磁化率 为很小的负数，大约在10-6数量级。它们在
式中 m 称为磁化率。
2. 磁学物理量和电学物理量的对比记忆
一、电极化：在外电场作用下，介质内的质点（原子、分子、 离子）正负电荷重心的分离，使其转变成偶极子的过程。
或在外电场作用下，正、负电荷尽管可以逆向移动，但它们 并不能挣脱彼此的束缚而形成电流，只能产生微观尺度的相 对位移并使其转变成偶极子的过程。
B= 0H+M=(0+ ) H= H = 0+
引入无量刚r= / 0 r = / 0 = r +1
r 、 r分别为相对磁化率和相对磁导率。
磁介质的磁导率
顺磁性
物质
（μr －1）/10
－6
氧（1大气压）
Fra Baidu bibliotek
1.9
铝
23
铂
360
抗磁性
物质 氢
（1－μr） /10－6
0.063
五类磁体的磁化曲线示意图
6.2 磁性的本质
原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性
材料的磁性来源于原子磁矩。 原子磁矩包括：电子轨道磁矩、电子自旋磁矩和原子 核磁矩。
电子轨道磁矩 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。
U m B
磁场在真空中的磁感应强度为B0，其磁场强度H与B0的 关系是，
B0 0H
式中 0 4 107 H / m ，称为真空磁导率。
任何材料在外磁场作用下都会或大或小地显示出磁性， 这种现象称为材料被磁化。
一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单位体积内磁 矩多少来衡量，称之为磁化强度M，
三、电荷——磁极，电荷量——磁极强度
两个磁极间的相互作用力与两个电荷间的相互作用力表达式 相似。所不同的是公式中一个有真空介电常数o ，一个为真 空磁导率 o
偶极子：构成质点的正负电荷沿 电场方向在有限范围内短程移动， 形成一个偶极子
E -q
电偶极矩 ：=ql
磁性是物质的基本属性之一。
外磁场发生改变时，系统的能量也随之改变，这时就表现 出系统的宏观磁性。
磁性不只是一个宏观的物理量，而且与物质的微观结构 密切相关。它不仅取决于物质的原子结构，还取决于原子 间的相互作用——键合情况、晶体结构。因此，研究磁性 是研究物质内部结构的重要方法之一。
1. 磁学基本量
铁磁体是我们要重点介绍的磁性物质。
亚铁磁体
这类磁体有些像铁磁体，但 值没有铁磁体那
样大通常所说的磁铁矿、铁氧体等属于亚铁磁体。
反铁磁体
这类磁体的 是小的正数，在温度低于某温度
时，它的磁化率同磁场的取向有关；高于这个温 度，其行为像顺磁体。
具体材料有一Mn、铬，还有如氧化镍、氧化 锰等。
M m/V
将材料放入磁场强度为H的自由空间，材料中的磁感应 强度为，
B B0 B
式中 B 称为束缚电流的磁感应强度。
B 0M
B 0H 0M 0 H M 0rH
式中 r 称为相对磁导率。 绝对磁导率为： 0r
M r 1 H mH
环形电流在其运动中心处产生一个磁矩m(或称磁偶极矩) 一个环形电流的磁矩定义为：
m IS
式中：I为环形电流的强度，S为环流所包围的面积，m 的方向可用右手定则来确定。
将磁矩m放入磁感应强度为B的磁场中，它将受到磁 场力的作用而产生转矩，其所受转矩为：
T mB
磁矩与外磁场的作用能称为静磁能。处于磁场中某方向 的磁矩所具有的静磁能为，
磁场中受微弱斥力。金属中约有一半简单金属是抗磁
体。根据 与温度的关系，抗磁体又可分为：①“经 典”抗磁体，它的 不随温度变化，如铜、银、金、 汞、锌等。反常抗磁体，它 的 随温度变化，且其
大小是前者的10一100倍，如铋、镓、锑、锡、铟、
铜一锆合金中的 相等。
顺磁体
磁化率 为正值，大约在10-3 ～10-6数量级。 根据 与温度的关系可分为：
也可用环行电流描述磁矩M
的定义 ：M=IS
磁矩
（ I：为环形电流， S： 封闭环形的面积）
极化强度P： P= o eE （ e：电极化率） 磁化强度M= m/V= H (：磁化率) 如图：有F=BI，
外磁场H y
x
电流 z
力F(罗仑兹力）
真空中有B= 0H( o :真空磁导率)(相对应电流 密度与外加电场的关系： =1/ =J/E) 磁性体对外部磁场的反应强度可通过下式表示： 对于厘米克秒制单位：
磁矩：将磁极强度为qm、相距为L 的磁极对置于磁场强度H中，为达 到与磁场平行，该磁极对要受到 磁场力F的作用，在转矩 T=LqmHsin的作用下，发生旋转, 该式中的系数qmL定义为磁矩。
l
偶极子
Mi= qmL 磁偶：具有磁矩的磁极对
S -qmH
+q
N qmH
极化强度P——磁化强度M （单位体积中的偶极矩或磁 偶矩，表征材料被极化或磁 化的能力。）
1) 正常顺磁体，其 随温度变化符合 l／T关系，
如，金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。
2) 与温度无关的顺磁体，例如锂、钠、钾、铷
等金属。
铁磁体 在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。
是很大的正数，且与外磁场呈非线性关系变化。
具体金属有铁、钴、镍等。 铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体。 此临界温度称为居里温度或居里点，常用Tc表示。
第 6 章 材料的磁学性能
6.1 磁学现象及磁性分类 6.2 磁性的本质 6.3铁磁性和亚铁磁性材料的特性 6.4磁性材料的物理效应
6.1 磁学现象及磁性
6.1 磁学现象及磁性
引言
我们都接触过磁现象：磁铁吸引铁片，同极相斥、异 极相吸，接触过磁铁的大头针用细线吊起会自动南北指向， 磁铁上的铁屑会形成毛刺并构成连线等等。
铜
8.8
岩盐
12.6
铋
176
常用铁磁性物质、铁氧体的磁性能
物质
μ0（起始）
居里温度
Fe
150
1043
Ni
110
627
Fe3O4
70
858
NiFe2O4
10
858
Mn0.65Zn0.35Fe2O4
1500
400
3. 物质磁性分类：
根据物质的磁化率，可以把物质的磁性大致分为五类：
抗磁体
磁化率 为很小的负数，大约在10-6数量级。它们在
式中 m 称为磁化率。
2. 磁学物理量和电学物理量的对比记忆
一、电极化：在外电场作用下，介质内的质点（原子、分子、 离子）正负电荷重心的分离，使其转变成偶极子的过程。
或在外电场作用下，正、负电荷尽管可以逆向移动，但它们 并不能挣脱彼此的束缚而形成电流，只能产生微观尺度的相 对位移并使其转变成偶极子的过程。
B= 0H+M=(0+ ) H= H = 0+
引入无量刚r= / 0 r = / 0 = r +1
r 、 r分别为相对磁化率和相对磁导率。
磁介质的磁导率
顺磁性
物质
（μr －1）/10
－6
氧（1大气压）
Fra Baidu bibliotek
1.9
铝
23
铂
360
抗磁性
物质 氢
（1－μr） /10－6
0.063
五类磁体的磁化曲线示意图
6.2 磁性的本质
原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性
材料的磁性来源于原子磁矩。 原子磁矩包括：电子轨道磁矩、电子自旋磁矩和原子 核磁矩。
电子轨道磁矩 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。
U m B
磁场在真空中的磁感应强度为B0，其磁场强度H与B0的 关系是，
B0 0H
式中 0 4 107 H / m ，称为真空磁导率。
任何材料在外磁场作用下都会或大或小地显示出磁性， 这种现象称为材料被磁化。
一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单位体积内磁 矩多少来衡量，称之为磁化强度M，