第6节 抗磁性、顺磁性和铁磁性
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当达到热平衡时，原子的分布服从波尔兹曼分布率
Ni eE / KT
低能级原子 比 高能级原子 多 就平均效果来说，平均磁矩与外磁场同方向，表现出顺磁性。
5
平均磁矩
E / KT e z E / KT e
M J
J
Mg B e Mg B / KT
M J
单位体积的原子数
M N
o Ze N
2
6m
H r2
o Ze2 N 2 M r H 6m
4
电子轨道在磁场中旋进产生的宏观磁性具有抗磁性
（2）具有磁矩的原子在磁场中各种取向的平均效果 产生宏观磁性
具有磁矩的原子在磁场中的附加能量：
=－ J B cos
J 和外磁场夹角< 90o的原子的能级 低于 J 和外磁场夹角> 90o的原子的能级
2
磁化规律： M H
（1）电子轨道在磁场中旋进产生的宏观磁性
M dPl Pl sin d Pl sin L dt dt
M l B sin
Βιβλιοθήκη Baidu
L
l
Pl
B
B
d dPl Pl
B
µ l
Pl dPl
3
旋进角动量与外磁场同方 向，与旋进角动量相应的 轨道磁矩（感应磁矩）与 外磁场方向相反。 感应磁矩是抗磁性的来源。
7
铁磁性
铁磁性物质：Fe、Co、Ni，以及某些稀土元素和一些氧化物。 铁磁性：在受外磁场磁化时，显示比顺磁性强很多的磁性， 而且去了磁场之后，还保留了磁性。 为什么铁磁质有这么大的磁性？因为它存在磁畴。 磁畴是铁磁质中已经存在的许多自发的均匀磁化小区域。 未加外磁场之前，各个磁畴有各不相同 的取向，对外的效果相互抵消；加外磁 场之后，各磁畴的磁矩方向向外磁场转 动，对外就显示较强的宏观磁性。 铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。电子自旋磁矩可 以不靠外磁场、在小范围内取得一致方向而形成磁畴。 8
§6.6
抗磁性、顺磁性和铁磁性
1
抗磁性：磁矩为零的原子构成的物体，在磁场中磁化后， 物体的宏观磁性与外磁场相反。 顺磁性：具有磁矩的原子构成的物体，在磁场中磁化后， 物体的宏观磁性与外磁场相同。 磁化率 抗磁性：<0 顺磁性： >0 磁介质放在磁场中发生磁化，其宏观磁性来源于： （1）在磁场中，原子中的电子轨道将发生旋进； （2）具有磁矩的原子在磁场中各种取向的平均效果。
0 Ze 2
6m
r
2
2 0 J
3kT
对于 J0 的原子在磁场作用下有顺磁性也有抗磁性。在 室温下，顺磁性磁化率比抗磁性磁化率大2或3个数量级， 物体表现出顺磁性。 对于J=0的原子，上式第二项为0，就只有抗磁性了。
物体的宏观磁性不仅取决于原子的磁性，而且取决于分子 的构成。如JN=3/2，JO=2，但是N2的总角动量为零，因而表 现为抗磁性；而O2的总角动量却不为零,为顺磁性。
µ l
L
l
Pl
B
1 l e B 0 H 电子轨道旋进频率： L 2 Pl 4 m
o Ze H 一个原子中的Z个电子形成的环流： i Ze L 4 m
2
o Ze2 H r2 一个原子中的Z个电子轨道旋进引起的磁矩为： 6m
磁化强度（单位体积中的磁矩)：
J
e Mg B / KT
可算出平均磁矩为
J ( J 1) g 2 B 2 B 3kT
o J ( J 1) g 2 B 2 磁化率： H 3KT
o J 2
3KT
（一个原子磁化率）
磁化率与绝对温度成反比，与实验得到的居里定律一致。
6
综合（1）（2），得到一个原子的磁化率：
Ni eE / KT
低能级原子 比 高能级原子 多 就平均效果来说，平均磁矩与外磁场同方向，表现出顺磁性。
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平均磁矩
E / KT e z E / KT e
M J
J
Mg B e Mg B / KT
M J
单位体积的原子数
M N
o Ze N
2
6m
H r2
o Ze2 N 2 M r H 6m
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电子轨道在磁场中旋进产生的宏观磁性具有抗磁性
（2）具有磁矩的原子在磁场中各种取向的平均效果 产生宏观磁性
具有磁矩的原子在磁场中的附加能量：
=－ J B cos
J 和外磁场夹角< 90o的原子的能级 低于 J 和外磁场夹角> 90o的原子的能级
2
磁化规律： M H
（1）电子轨道在磁场中旋进产生的宏观磁性
M dPl Pl sin d Pl sin L dt dt
M l B sin
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L
l
Pl
B
B
d dPl Pl
B
µ l
Pl dPl
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旋进角动量与外磁场同方 向，与旋进角动量相应的 轨道磁矩（感应磁矩）与 外磁场方向相反。 感应磁矩是抗磁性的来源。
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铁磁性
铁磁性物质：Fe、Co、Ni，以及某些稀土元素和一些氧化物。 铁磁性：在受外磁场磁化时，显示比顺磁性强很多的磁性， 而且去了磁场之后，还保留了磁性。 为什么铁磁质有这么大的磁性？因为它存在磁畴。 磁畴是铁磁质中已经存在的许多自发的均匀磁化小区域。 未加外磁场之前，各个磁畴有各不相同 的取向，对外的效果相互抵消；加外磁 场之后，各磁畴的磁矩方向向外磁场转 动，对外就显示较强的宏观磁性。 铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。电子自旋磁矩可 以不靠外磁场、在小范围内取得一致方向而形成磁畴。 8
§6.6
抗磁性、顺磁性和铁磁性
1
抗磁性：磁矩为零的原子构成的物体，在磁场中磁化后， 物体的宏观磁性与外磁场相反。 顺磁性：具有磁矩的原子构成的物体，在磁场中磁化后， 物体的宏观磁性与外磁场相同。 磁化率 抗磁性：<0 顺磁性： >0 磁介质放在磁场中发生磁化，其宏观磁性来源于： （1）在磁场中，原子中的电子轨道将发生旋进； （2）具有磁矩的原子在磁场中各种取向的平均效果。
0 Ze 2
6m
r
2
2 0 J
3kT
对于 J0 的原子在磁场作用下有顺磁性也有抗磁性。在 室温下，顺磁性磁化率比抗磁性磁化率大2或3个数量级， 物体表现出顺磁性。 对于J=0的原子，上式第二项为0，就只有抗磁性了。
物体的宏观磁性不仅取决于原子的磁性，而且取决于分子 的构成。如JN=3/2，JO=2，但是N2的总角动量为零，因而表 现为抗磁性；而O2的总角动量却不为零,为顺磁性。
µ l
L
l
Pl
B
1 l e B 0 H 电子轨道旋进频率： L 2 Pl 4 m
o Ze H 一个原子中的Z个电子形成的环流： i Ze L 4 m
2
o Ze2 H r2 一个原子中的Z个电子轨道旋进引起的磁矩为： 6m
磁化强度（单位体积中的磁矩)：
J
e Mg B / KT
可算出平均磁矩为
J ( J 1) g 2 B 2 B 3kT
o J ( J 1) g 2 B 2 磁化率： H 3KT
o J 2
3KT
（一个原子磁化率）
磁化率与绝对温度成反比，与实验得到的居里定律一致。
6
综合（1）（2），得到一个原子的磁化率：