铁磁学大纲-兰州大学物理学院

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CH1-4-铁磁(1)-经典

（1）
并假设“分子场”与磁化强度成正比
H M M
（2）
唯象: 并不知来源与具体形式
Mean field
Notes:
* Weiss理论并没有给出“分子场”的来源及具体表达式 —唯象理论 *量子力学建立之后，Heisenberg用电子间的交换作用说明了分子场的微观本质，并得到其表达式
— 下一节内容
美国第一任物理学会会长亨利· 奥古斯特· 罗兰（ 1883年8月15日在美国国家科学促进会的讲话) (摘自金晓峰报告) “…… 美国科学只存在未来，并没有今天和过去。在我这个位置上的人应该思考的问题是：我们必须做什么才能够创造出美国的物理学；而不是把电报、电灯及其它令人方便的产品称之为“科学”。我并不是低估这些时尚产品的价值，整个世界的进步需要依靠它们；成功发明这些高技术产品的人应该受到世界的尊重。但是，虽然一位厨师发明了餐桌上的一道美味佳肴，使世人享受到口福，但是我们不会尊称他为“化学家”。……”
M 0 是最大磁化强度，是所有元磁矩沿同一方向排列的情形
（6)式成为
M ( x) M 0 B( x)
（ 8）
从（6）式可见铁磁体的磁化率 0 M / H 0
很难求 ?!
(
H0
包含在 BS ( x)中 )
3). 磁化强度的数值解
由
gs B S k BT x H eff H eff H 0 M x k BT g s B S 1 k BT M x H0 gs B S
利用上述解析式和数值解原则上可以解释几乎所有实验结果

TC W
T
H 0 Const.(or 0) : M (T ) (T ) T Const.(or 0) : M ( H ) ( H )

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

兰州大学物理系考研参考书

《量子力学简明教程》周世勋高等教育出版社
《电动力学》郭硕鸿
（注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。）
量子力学
高等数学（含微积分、积数、微分方程）
同上
同上
《高等数学》1、2册四川大学出版社
070204
等离子体物理
普通物理（光学、电磁学、热学）
量子力学
电动力学
《光学》郭永康高教出版社
《热学》秦允豪高教出版社
《《电磁学》贾起民高教出版社》
《量子力学》文焕邦四川科技出版社
《量子力学》曾谨言卷1 科学出版社
《光学》郭永康高教出版社
080903
微电子与固体电子学
数学（一）
半导体物理
集成电路工艺基础
《半导体物理学》刘恩科国防工业出版社
《晶体管原理》
《微电子制造工程与技术》stephen 电子出版社
《VLSI设计基础》李伟电子出版社
学科专业
代码
学科专业
名称
考试
科目
参考
书目
070221
应用电子物理
凝聚态物理
普通物理（光学、电磁学、热学）
量子力学
固体物理
同上
同上
《固体物理学》顾秉林清华大学出版社
《固体物理学》黄昆高等教育出版社
《固体物理学》卢栋高教出版社
《固体物理学》朱建国科学出版社
070207
光学
普通物理（光学、电磁学、热学）
量子力学
光学
同上
同上
《现代光学》（第二篇傅里叶光学、第三篇光学全系与信息处理）王仕璠电子科大出版社
《量子力学》曾谨言卷1 科学出版社

磁学基础知识退磁场!

1. 基本磁学量 H，B，M，J，，，0
B 0H J 0 (H M ), 0 4 107 N A2
B H 4M
SI制 Gauss制。相互换算
2. 电子的轨道角动量和轨道磁距，自旋角动量和自旋磁距；原子磁距；朗德因子；确定自由原子（离子）磁距的洪德法则。
磁性的综合考虑。
5. 传导电子的磁性理论（属于固体物理课程内容）
§3 自发磁化理论
3.1 铁磁性的分子场理论 3.2 Heisenberg 直接交换作用模型 3.3 自旋波理论 3.4 金属铁磁性的能带模型（巡游电子模型） 3.5 反铁磁性的分子场理论 3.6 亚铁磁性的分子场理论 3.7 间接交换作用模型 3.8 稀土金属的自发磁化模型：RKKY理论
0 N
M2
Fd 0.8525 107 M S2d
2. 立方晶系、六方晶系磁晶各向异性的特征。磁晶各向异性等效场
HK

1
0M S sin
(FK

)
0
3. 布洛赫（Bloch）型畴壁和奈尔（Neel）型畴壁的畴壁厚度和畴壁能的估算。
传导电子的磁性理论属于固体物理课程内容31铁磁性的分子场理论32heisenberg直接交换作用模型33自旋波理论34金属铁磁性的能带模型巡游电子模型35反铁磁性的分子场理论36亚铁磁性的分子场理论37间接交换作用模型38稀土金属的自发磁化模型
磁性物理
复习提纲2010
§1 磁学基础知识
1.1 磁性、磁场和基本磁学量 1.2 原子磁矩 1.3 宏观物质的磁性 1.4 磁性体的热力学基础
5. 片形磁畴和封闭磁畴磁畴宽度的估算。
6. 单畴粒子临界尺寸的估算。
§5 技术磁化理论

铁磁学1.2PPT课件

C
4. 在居里温度附近出现比热等性质的反常。
T Tp
5. 磁化强度M和磁场H之间不是单值函数，存在磁滞效应。
构成这类物质的原子也有一定的磁矩，但宏观表现却完
全不同于顺磁性，解释铁磁性的成因已成为对人类智力的最
大挑战，虽然经过近100年的努力已经有了比较成功的理论，但仍有很多问题有待后人去解决。
的原子磁矩在外磁场中的取向产生了顺磁性。此外，传导电
子也具有一定的顺磁性。
7
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质：过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd, Pt,Pa, 含有以上元素的化合物：MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3, 碱金属和碱土金属：Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ba 包含有奇数个电子的原子或分子： HCl,NO,有机化合物中的自由基少数含有偶数个电子的化合物： O2,有机物中的双自由基等
8
3. 铁磁性（Ferromagnetism) ：
这是人类最早发现并利用的强磁性，它的主要特征是：
1. 0 磁化率数值很大。 100 105
2. 磁化率数值是温度和磁场的函数；
3. 存在磁性转变的特征温度——居里温度，温度低于居里温
度时呈铁磁性，高于居里温度时表现为顺磁性，其磁化率
温度关系服从居里-外斯定律。
FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS
右图是1938 年测到的MnO 磁化率温度曲线，它是被发现的第一个反铁磁物质，转变温度 122K。
14
该表取自Kittel 书2005中文版p236，从中看出反铁磁物质的转变温度一般都很低，只能在低温下才观察到反铁磁性。

电磁学试验教学大纲-兰州大学物理学院

电磁学试验教学大纲-兰州大学物理学院第一篇：电磁学试验教学大纲-兰州大学物理学院电磁学实验大纲一、实验教学目标与基本要求电磁学实验课程的教学目的在于使学生掌握电阻、电流、电压、电动势和磁场强度的外部测量方法；加深对静电场和静磁场分布规律的认识；熟练使用检流计、电流表、伏特表、直流电桥、交流电桥，电位差计等基本电磁学仪表；对实验结果要求进行正确的分析，找出产生误差的原因。

实验设计上以电磁学知识为基础，适当加大综合性和设计性实验的内容，教学中以学生主动操作为主，教师指导为辅，充分发挥学生在实验中的主观能动性，以锻炼学生的综合实验技能。

电磁学实验分为常规实验和综合性实验两部分，共二十多个题目。

在教学过程中按照基础物理理论知识的基础，学生分为两大类----物理专业、非物理专业进行授课。

物理专业上课16周，安排有六个必做常规实验，六个必做综合性实验和十几个选做综合性实验；非物理专业上课8周，有六个必做常规实验和十几个选做综合性实验。

课程的最终考核结果为百分制，结合平时成绩和期末考试成绩综合评定出最终总成绩。

课程在仪器台次允许的情况下要求学生独立进行实验操作，提倡学生之间的讨论和交流。

常教学过程分为学生课下预习、教师课堂讲授与提问、学生实验操作、学生撰写实验报告四个个环节，教师通过以上各环节学生的表现给出当次实验的平时成绩。

期末考试为上机答题考试，考题从理论知识，仪器使用和实验设计等层面综合考查学生对实验的理解和掌握程度。

二、实验题目及其目的内容 01电阻元件的伏安特性曲线目的内容：1.掌握电学基本仪器的使用方法2.掌握伏安法和替代法测电阻的原理3.了解线路的方法误差以及测量仪器的结构误差4.了解电阻、二极管的伏安特性，并描绘其伏安特性曲线02万用表的使用目的内容：1.了解万用表基本结构2.掌握万用表测量电压、电流、电阻等的使用方法3.用万用表判断电路故障 03惠斯通电桥目的内容：1.掌握惠斯通电桥测电阻的原理和方法2.根据电桥线路用电阻箱自组电桥测量电阻3.了解并设计参量变化探讨影响电桥灵敏度的因素4.分析误差来源 04电压的精确测量目的内容：1.掌握补偿法侧电位差的原理2.自组电位差计并测量电池的电源电动势和内阻3.用电位差计校正电表05单相交流电路的研究目的内容：1.了解交流电路中的欧姆定律2.掌握交流电路中电压、电流、功率及功率因数的测量原理及方法3.了解提高功率因数的基本方法4.学会简单的电工安装06 RLC谐振电路的研究目的内容：1.掌握RLC串联和并联电路的谐振特性2.了解品质因数的物理意义3.分别用作图法和电压法测量谐振电路的品质因数，并对数据进行误差分析 07示波器的使用目的内容：1.了解示波器的主要构造和基本工作原理2.掌握示波器面板控制的使用的方法3.用示波器观察周期性信号的波形并测量其频率4.观察李萨如图形并用其测量待测信号频率 08 RLC电路的暂态目的内容：1.用示波器观察RC、RL、RLC电路的暂态过程；并学会测量时间常数。

铁磁学性能材料物理性能ppt课件.ppt

ll3 2100 1 21 22 22 23 23 21 3
3 1 1 112 12 2323 3 1 3 1
磁化强度方向( 1,2,3 ) , 观测方向(1,2,3)
K1 , K2
易磁化方向各向异性能各向异性场HA
立方晶系各向异性
K1 0
K1
1 9
K2
<100>
0
2K 1 IS
0
K1
4 9
K2
<110>
1 42K1/Is
( 110 ):
K1
1 2
K2
/
I
s
4 K1 9K2,K1 0 K1 94K2,K1 0
<111>
1
1
3 K1 27 K2
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
2、抗磁介质磁化机制
抗磁性起源于分子附加磁矩的感应磁化
抗磁质分子的固有磁矩为零。但在外磁场作用下，每一分子沿外磁场的反方向感应出附加磁矩，使磁介质被磁化，在磁介质表面产生磁化电流。由于附加磁矩的方向始终与外磁场方向相反，所以抗磁质表面的磁化电流方向与顺磁质磁化电流方向相反，产生的附加磁场方向与外磁场方向相反，所以抗磁质内的总磁感强度为：
➢当距离很大时，J接近于零。 ➢随着距离的减小，相互作用有所增加，J为正值，就呈现铁磁性，如图所示。 ➢当原子间距a与未被填满的电子壳层直径D之比大于3时，交换能为正值；小于3时，交换能为负值，为反铁磁性。
交换能与铁磁性的关系
a/D ＞3时交换能为正值；

456第三章：自发磁化理论介绍

kT p 0 J H cosq 0 exp( kT ) sin qdq
) sin qdq
如果令0 J H /KT =a且cosq=x，则有-sinqdq=dx，代入上式
M N J
exp(ax) xdx exp(ax)dx
1 1 1
1
ea e a 1 1 N J ( a ) N J (coth a- ) a e e a a
exp(
0 J H cosq
)2p sin qdq
因为这样一个原子磁矩，在平行于磁场方向的磁极化强度为J cosq，统计平均整个磁矩系统对磁化强度的贡献为
M N J cosq N J cosq p(q )dq
0
p
N J

p
0
cosq exp(
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0 J H cosq
讨论：
M Nk BT 1、图2中BJ (a ') 曲线与直线 s a ' 交点P即为一定 2 M 0 M 0 温度下的M s，变化温度可得到不同温度下满足上式的一族直线，从而求出各种温度下的M s . 2、直线与曲线 BJ (a ')有两个交点，一个为原点（不稳定
解，因为T Tc时M s 0）另一解为P点（稳定解）。 3、M s / M 0随T 而，随T 而。 M s Nk BT 当T=Tc时， a ' 直线与 BJ (a ') 曲线相切于原 2 M 0 M 0 点，即Ms=0 。
k是波尔兹曼常数，为1.38x10-23JK-1。原子磁矩在外磁场作用下，
静磁能U= - 0 J H。计算系统的磁化强度：从半径为一
个单位的球心画单位矢量表示原子磁

磁学试验-兰州大学物理系

磁学实验课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称: 磁学实验所属专业:凝聚态物理,磁学课程性质：专业课,必修学分：4（二）课程简介、目标与任务描述材料的磁特性参数有许多，内禀性质方面主要有饱和磁化强度(Ms)、居里温度(Tc)、磁晶各向异性常数(K)、磁致伸缩系数(λ)、电阻率（ρ）以及密度(d)等。

响应磁特性方面主要有磁导率（μ）、矫顽力（Hc）、剩磁(Br)、以及磁损耗（W）等。

根据铁磁学的教学内容和现有的实验条件，本课程针对磁性材料如下方面进行测试与分析：（1）磁畴结构的观测（2）各种磁性材料静态磁特性的测量（3）各种磁性材料的交流磁特性的测量（4）磁性材料的各种效应：磁电阻效应、磁滞伸缩、铁磁共振与各向异性等测量（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程《铁磁学》与《磁性测量》。

《磁学实验》是《铁磁学》与《磁性测量》对应的配套实验，它需要《铁磁学》与《磁性测量》相关的理论知识，才能在此基础上进行实验。

（四）教材与主要参考书。

教材: 自编《磁学实验》，吴东平编， 2015。

参考书：1、《铁磁学》上中下三册，戴道生、钟文定等编著科学出版社，2000。

2、《物性测量原理与测试分析方法》，李培森，兰州大学出版社，1994。

二、课程内容与安排实验一、磁畴的显示与测量实验目的1．借助透射偏光显微镜和一定的直流和脉冲偏磁场系统观察静止或运动的色彩美丽的磁泡畴。

2．通过观察石榴石单晶磁泡薄膜的条状迷宫畴或正常磁泡群，观察条畴和磁泡从收缩直至缩灭的磁化过程，测量磁泡薄膜的静态特性参数和动态特性参数，了解磁化过程的基本机理。

3．通过改变实验参数，确定出现辐射状畴，单枝花畴，多枝花畴等各畴状态的临界条件，理解微磁结构的出现是由铁磁体的能量所决定的，从而理解现实的稳定状态是能量极小的状态。

实验仪器：BH-1型磁畴显示和测量装置“BH-1型磁畴显示和测量装置”由氙灯光源，脉冲发生器，透射偏光显微镜和Helmholtz 线圈组，电脑和磁泡畴显示器，控制器，及石榴石单晶磁泡薄膜样品及样品架六个主要部分组成。

课程教学大纲-兰州大学物理学院

力学B课程教学大纲一、课程说明力学课程在理科物理类专业一年级第一学期开设，本大纲主要针对材料物理学专业一年级新生。

课堂教学，其中包括课堂讲授、习题课、讨论课等，总学时54学时。

物理学《力学》课程的目的是使学生系统地掌握力学中的基本概念、基本原理、基本知识、基本思想和方法，以及它们的实验基础；培养学生进一步学好物理学的兴趣，提高学生的自学能力、分析和解决问题的能力；逐步帮助学生建立唯物主义的观点，提高学生的科学素质。

通过《力学》的教学，既要帮助学生迅速掌握大学的学习特点和规律，建立正确的学习方法，努力养成刻苦踏实、勤于思考的良好学风，又要为后继课程的学习作好业务、思想和心理上的准备，还要为学生毕业后从事有关科学研究、应用开发、教学工作等打下良好的基础。

在教学中，要重视对基本物理现象和物理实验现象的观察、描述和分析，并在此基础上建立物理模型和概念，引出物理原理和定律，引导和帮助学生实现由感性认识到理性认识的飞跃；要重视对物理概念、规律的定性描述，在此基础上，帮助学生掌握和使用所学的数学工具来概括和表述物理规律，充分认识每个物理定律数学表达式的物理意义。

在着重要求学生掌握物理学基本概念和基本规律的基础上，适当介绍这些基本概念与当代物理学前沿之间的联系。

在教学中既要注意到学生原有的物理和数学基础，也要注意学生学习的连续性，又考虑到中学到大学的学习是一个量变到质变的过程。

为了加深对物理概念的理解，使学生能处理变力，变速等问题，本课程采用“微积分”作为主要的教学工具。

因为在中学中学生未学过微积分，所以在课程开始之前利用少量学时介绍“微积分初步”和“矢量代数”。

由于力学课程内容多，涉及面广，讲授时以基本概念、基本原理、基本方法为主，要少而精。

与物理学当代发展的前沿可以简单介绍或者以学生自学为主，以扩大视野，激发学习兴趣，提高自学能力。

教材：新概念物理教程《力学》赵凯华罗蔚茵编著高等教育出版社1995.7参考书：《力学》上，下册，郑永令贾起民编著复旦大学出版社1989《力学》张之硅编著兰州大学出版社1996《力学》漆安慎杜婵英编著高等教育出版社1982《力学》蔡伯濂编著湖南教育出版社1985二、课程的内容与学时分配按照力学的教学目的和要求，本大纲按54学时作安排，其内容及课时分配如下。

11-9铁磁性

−Hc
O H
c
Mr
M
Ms
H
随着磁场强度的变化，随着磁场强度的变化，铁磁体的磁状态沿着一闭合曲线变化，此闭合曲线就称为磁滞回线磁滞回线。曲线变化，此闭合曲线就称为磁滞回线。参量B与间的关系也表现为类似的闭合曲线间的关系也表现为类似的闭合曲线。参量与H间的关系也表现为类似的闭合曲线。铁磁体磁化过程的这种不可逆性，称为磁滞现象磁滞现象。铁磁体磁化过程的这种不可逆性，称为磁滞现象。 5
3.信磁材料信磁材料: 信磁材料
磁粉、磁膜和磁膜和Co-Cr磁膜等磁记录：γ −Fe2O3 、CrO2磁粉、Fe磁膜和磁膜等铁氧体、磁头：Mn-Zn铁氧体、FeSiAl系合金等铁氧体系合金等铁氧体，矩磁材料：Mg-Mn、 Li-Mn铁氧体，Fe-Ni-(Mn)系膜、铁氧体系膜 Br=Bs ，Hc不大，矩形磁滞回线。不大，矩形磁滞回线。当正脉冲产生，H> Hc使磁芯呈态，磁芯呈+B态当正脉冲产生，负脉冲产生，磁芯呈– 态负脉冲产生，H< – Hc使磁芯呈 B态，可作为二进制的两个态。可作为二进制的两个态。用于计算机硬盘和软盘，录音、录像磁带等。用于计算机硬盘和软盘，录音、录像磁带等。微波材料：铁氧体等。微波材料： Ni-Zn和Y铁氧体等。在微波波段使用，和铁氧体等在微波波段使用，磁滞回线狭小，而且还必须具有很高的电阻率。磁滞回线狭小，而且还必须具有很高的电阻率。
磁场较低时，与外磁场方向相同或相近的磁畴体积增大，磁场较低时，与外磁场方向相同或相近的磁畴体积增大，方向相反或夹角接近180°的磁畴体积将缩小；方向相反或夹角接近 °的磁畴体积将缩小；磁场较高时，每个磁畴将作为一个整体转到外磁场方向。磁场较高时，每个磁畴将作为一个整体转到外磁场方向。磁化达到饱和后撤除外磁场，磁化达到饱和后撤除外磁场，铁磁体将重新分裂为很多磁畴，但每个磁畴状况和磁化强度取向，很多磁畴，但每个磁畴状况和磁化强度取向，并不恢复到原先没加外磁场的情形。复到原先没加外磁场的情形。铁磁质的磁化过程表现磁滞现象。出不可逆性。这种现象称为磁滞现象出不可逆性。这种现象称为磁滞现象。 3

电磁学B_课程教学大纲-兰州大学物理学院

电磁学B 课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称:电磁学;所属专业:物理学;课程性质:大类平台课（B类）;学分:3分。

（二）课程简介、目标与任务；电磁学课程是十九世纪从发展到成熟的一门物理基础课程，与力学一样是自然科学的重要基础课之一。

电磁学发展成熟后在辐射和麦克斯韦方程与惯性坐标系领域的问题和挑战为二十世纪的量子力学、相对论的发展提供了基础，学好电磁学是学好其它自然学科的基本保证。

本课程所讲授的内容为基本电磁现象的实验定律和相关的导出定理以及它们在相应领域，特别实在电路理论中的应用。

深刻认识电磁现象的基本性质，掌握电磁学的基本理论和重要的如电势、磁矢势的概念，学会电磁学研究和处理问题方法。

课程还适时地将电磁学的理论与其它学科及有关自然现象相联系，以期获得对于电磁学理论较为全面的理解。

从基本的实验事实出发，归纳出理论上的定律，并用数学对之进行准确严密的描述，继之再应用于广泛的科技领域这一物理学的思维模式和研究方法在电磁学中也得到了充分的体现。

通过本课程的学习应使学生在提高科学素养，培养严密的思维能力，熟练应用数学工具等诸方面获得全面的进步。

本课程针对我校物理学院材料物理系学生编写。

由于我校属于“211”工程院校系统，物理学院为理科学生培养基地，教材的使用考虑到与全国接轨。

整个课程总学时54，基本上每小节两学时。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程要求：高等数学，力学。

微积分知识及矢量运算是计算电磁场分布问题、学好电磁学的前提。

（四）教材与主要参考书。

教材：赵凯华《新概念物理教程-电磁学》，主要参考书：麦克斯韦《电磁通论》二、课程内容与安排（一）教学方法与学时分配教学方法：采用板书与ppt结合方式教学；时间允许时适当合作型教学。

第一章真空中的静电场（8学时）第二章静电场中的导体和电介质(8学时)第三章稳衡电流(6学时)第四章稳衡磁场（10学时）第五章电磁感应(8学时)第六章磁介质（4学时）第七章交流电路（6学时）第八章麦克斯韦方程组和电磁波(4学时)（二）内容及基本要求第一章真空中的静电场（8学时）§1-1 静电的基本现象和基本规律§1-2 电场和电场强度§1-3 静电场的高斯定理§1-4 静电场的电势和梯度教学内容：电荷，电荷的量子化，库仑定律，静电场强度及分布求解，高斯定理，电势，静电能。

大学物理磁学第四节

磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。
三、有磁介质存在时的安培环路定理
• 有介质存在时的高斯定理
磁介质磁化磁化电流 I S 附加磁场
B
B0
BB0B
叠加
作用
磁感应线均为闭合曲线，都属于涡旋场
高斯定理仍然成立：
BdS0
——普遍适用
S
• 有介质存在时的安培环路定理
中心导体流入，由外面圆筒流出。求磁场分布和紧贴
中心导线的磁介质表面的磁化电流。
解：由对称性分析，H线和 B
线都是在垂直于轴线的平面内，并
以轴线上某点为圆心的同心圆。取距轴线距离 r 为半径的圆为安培环路 L ，顺时针绕行，则有
r R1 R2
R3
rR 1:LH 1dlH 12rR I1 2r2
0IIS
2r
H
I
2 R1
又
B2
0r I 2r
r O R 1 R 2 R 3
B
所以 ISr 1Im I r O R1 R 2 R3
H3
I
2r
R32 r2 R32 R22
B30H320rI R R3232R r222
r R 3 :L H 4 d l H 4 2 r I I 0
H4 0 B4 0
r R1 R2
R3
（2）由安培环路定理得
r R1 R2
L B 2 d l B 2 2 r 0I I S R 3
B2
为（磁s 化面电流的线密度），则长为l 的一段介
质上的磁化电流强度IS为
总磁矩
Is sl
磁化强度
MP m IspS m sSsSll
V

第二节铁磁性

第二节铁磁性一、铁磁性理论铁磁性现象虽然发现很早，然而这些现象的本质原因和规律，还是在二十世纪初才开始认识的1907年法国物理学家威尔斯系统地提出了铁磁性假说，即著名的分子场理论：铁磁性物质内部存在很强的“分子场”，即相邻原子之间存在着特殊的“交换偶合作用”。

在“分子场”的作用下，电子自旋磁矩趋于同向平行排列，即自发磁化至饱和，称为自发磁化。

铁磁体自发磁化分成若干个小区域，这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴（domains）。

不存在外磁场时，由于各个磁畴的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，所以大块铁磁体对外不显示磁性1931年首次获得了磁畴壁的显微照片3在分子场假说的基础上，发展了自发磁化理论，解释了铁磁性的本质在磁畴假说的基础上发展了技术磁化理论，解释了铁磁体在磁场中的行为在磁畴的实验观察基础上发展了现代的铁磁性理论45铁磁性材料的磁性是自发磁化产生的。

磁化过程（又称感磁或充磁）：把物质本身的磁性显示出来，而不是由外界向物质提供磁性的过程1.自发磁化理论（1）铁磁性产生的原因铁磁性物质自发磁化的根源是原子（正离子）磁矩，而且在原子磁矩中起主要作用的是电子自旋磁矩在原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态（d 或f 态）是产生铁磁性的必要条件，但不是充分条件（同样在3d 状态存在空位的Fe 、Co 、Ni 表现出铁磁性，而Mn 则不表现出铁磁性）；原子之间相互键合的作用是否对形成铁磁性有利，这是形成铁磁性的第二个条件量子力学诞生后，海森伯格（W. Heisenberg ）于1928年明确提出了电子间交换作用是铁磁性的起源。

海森伯格的交换作用表达为：122ex E JS S =−•J ：称为海森伯格交换积分E ex ：是自旋矢量为S 1和S 2的近邻原子的两个电子的交换能6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。

这种交换便产生一种交换能E ex ，此交换能有可能使相邻原子内d 层未抵消的自旋磁矩同向排列起来当磁性物质内部相邻原子的电子交换积分为正时（J >0），相邻原子磁矩将同向平行排列，从而实现自发磁化。

铁磁学教学大纲

铁磁学课程教学大纲Ferromagnetism课程性质：专业选修课适用专业：物理学专业先修课程：基础物理、量子力学I后续课程：磁存贮材料与技术总学分： 3学分其中实验学分： 0教学目的与要求：铁磁学是学生深入研究现代磁性材料的学科基础。

本课程讲授物质磁性的起源、物质磁性的分类、各种磁性的磁学理论、并介绍一些与磁学相关的科研。

通过本课程的学习，使学生对磁学的客观规律有深刻的认识,为进一步学习磁性材料课程和从事磁学研究打下坚实基础。

第一章物质磁性的起源及分类（10）§1.1 原子的壳层结构§1.2 原子的磁矩§1.3 洪德法则§1.4 主要的磁性元素§1.5 晶场作用和轨道角动量冻结§1.6 物质磁性的分类说明：1了解物质磁性的起源及分类2掌握原子磁矩的计算（重点）3了解晶场作用和轨道角动量冻结（难点）第二章物质的抗磁性和顺磁性（8）§2.1 局域电子的抗磁性§2.2 自由电子的抗磁性§2.3 顺磁性的分类§2.4 朗之万顺磁理论§2.5 自由电子的顺磁性§2.6 抗磁和顺磁的量子理论说明：1了解局域电子和自由电子对磁性的贡献2掌握抗磁和顺磁磁化率的理论计算（重点）3理解抗磁和顺磁的量子理论（难点）第三章自发磁化的分子场理论（10）§3.1 自发磁化的一些实验现象§3.2 外斯分子场理论（铁磁）§3.3 奈尔定域分子场理论（反铁磁）§3.4 亚铁磁的定域分子场理论说明：1理解自发磁化和分子场理论的相关概念2掌握自发磁化和磁化率的计算（难点、重点）第四章自发磁化的交换作用理论（8）§4.1 氢分子§4.2 海森堡直接交换作用§4.4 安德森超交换作用§4.5 RKKY交换作用说明：1理解交换作用的来源及本质（难点）2 掌握三种交换作用的物理图像和相关计算（重点）第五章自旋动力学方法（6）§5.1 磁性系统的哈密顿量§5.2 有效磁场§5.3 LLG方程§5.4 自旋动力学模拟过程说明：1 理解哈密顿量中各项的物理含义及其对平衡态的要求（难点）2掌握有效磁场的计算3 理解并掌握自旋动力学模拟方法（重点）第六章自旋波理论（6）§6.1 自旋波能量§6.2 铁磁性的统计理论§6.3 H-P变换§6.4 不同晶格的结构因子说明：1 掌握结构因子和自旋波能普的计算（难点、重点）2 理解铁磁性的统计理论参考书：1、《铁磁学》戴道生编著科学出版社，20002、《铁磁学》姜寿亭编著科学出版社，19933、《凝聚态磁性物理》姜寿亭李卫编著科学出版社，20034、《固体物理学》（下册）方俊鑫、陆栋编著上海科学技术出版社，19805、《固体物理学》黄昆编著高等教育出版社，1988教研室：物理教研中心执笔人：苏垣昌制定日期：二零一一年四月。

铁磁学第一章自发磁性基本概念

磁体无限小时，体系定义为磁偶极子
+m l -m
偶极矩：jm ml 方向：-m指向+m 单位：Wb∙m
用环形电流描述磁偶极子：

磁矩：μ m iA 单位：A ∙m2
二者的物理意义：
表征磁偶极子磁性强弱与方向
jm

0μ m
o 4 10－7 H m1
电子的轨道运动相当于一个恒定的电流回路，必有一个磁矩（轨道磁矩），但自旋也会产生磁矩（自旋磁矩），自旋磁矩是基本粒子的固有磁矩。
第一章物质磁性概述
第一节基本磁学量第二节磁化状态下磁体中的静磁能量第三节物质按磁性分类第四节磁性材料的磁化曲线和磁滞回线
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第一节基本磁学量
一、磁矩 μm (仿照静电学)
永磁体总是同时出现偶数个磁极。
正磁极正磁荷+m
负磁极负磁荷-m
思考：磁体内、外部H和B的取向有无不同？
第三节物质按磁性分类
从实用的观点，根据磁化率χ （＝M/H）大小与符号，
可分为五种：
1
一、抗磁性对于电子壳层被填满的物
d
质，其磁矩为零。在外磁场作
用下，电子运动将产生一个附
O
T
加的运动（由电磁感应定律而
定），出现附加角动量，感生
出与H反向的磁矩。因此：
χd<0，且| χd|～10－5，与H、T 无关。
H I 2r
方向是切于与导线垂直的且以导线为轴的圆周
2、直流环形线圈圆心：
H I 2r
r为环形圆圈半径，方向由右手螺旋法则确定。
3、无限长直流螺线管：
H nI
n：单位长度的线圈匝数，方向沿螺线管的轴线方向