磁性和磁性材料

－适用于原子中电子轨道运动
(2) 磁化强度
m ,磁化强 －描写物质磁化状态－按安培分子环流假设，设分子磁矩为 度M 定义为
M

i
mi
V
,
[A m1 ]
(3) 磁场强度 H 和磁感应强度 B
－描述磁场的两个参量是磁场强度 H和磁感应强度 B ， H
的单位A m 1 ．常见的电流磁场有:
（6） 静磁能
在外磁场中处于磁化状态的磁体具有的能量－静磁能．
磁体中的单个分子环流在磁场中受到的安 培力矩为 L ( H ) , 磁体单位 m m 0 体积受到的总力矩 －当θ=0 时能量最低值 -μ0MH, 是稳定状态； 随着θ的增大,外力克服磁场作功, 能量增 大,θ=1800时,能量达到最大值+μ0MH． 磁体在自身的退磁场中也有位能－退磁场 能．用上式计算时须考虑到退磁场强度
1.1 静磁现象
(1 ) 磁矩
磁铁可以吸引铁屑－周围空间存在磁场－磁场可用磁力线来形象地描述 －磁力线从N极到S极形成闭合曲线,且永不相交. 通电导线也产生磁场－小磁体的磁场相当于小的平面电流 回路产生的磁场－平面电流回路的电流和回路面积的乘积 称为磁矩:
m
iS ,
[Am2 ]
m是矢量－右手螺旋
对球体， N x N y N z
1 3
对沿长轴方向磁化的细长圆柱 体, Nz=0, N x N y 1 2 对沿垂直于表面磁化的无限大 平板，Nx=Ny=0, Nz=1
x
y
对退磁因子大的样品，磁化需要 很高的外加磁场：例如磁化 一个Hc=2A· m-1的坡莫合金球，使 其Ms=9×105A· m-1, 退磁场将达 Hd=(1/3)×9×105=3×105A· m-1 即外磁场是矫顽力的105倍。
I 无限长载流导线的磁场： I H 方向－右手螺旋 2r
H
载流环形线圈圆心处的磁场： I H 2r 无限长螺线管的磁场 H nI I
H
在某些情况下,确定磁场效应的是磁感应强度B,定义为
B 0 ( H M ),
[T]
在真空中,M 0, B 0 H , B与 H 平行,在磁体不是. 上述量均为国际单位制(SI),文献中常采用高斯单位制 B 的单位是 (CGS).在CGS制中, H 的单位是奥斯特(Oe)， 高斯(Gs), 表为
时B与H 间存在位
相差，磁导率只能 用复数表示.
(4)增量磁导率
1 B 0 H
(6)微分磁导率 diff
在恒定磁场上叠加一个小交变磁场所 表现出来的磁导率，Δ B和Δ H为交变 磁感应强度和磁场强度的峰值。
1 dB 0 d H
起始磁化曲线上任一点的斜率.
(5)可逆磁导率
幅值:
Ud
M

M
0
பைடு நூலகம்
0 H d d M
1 0 NM 2 2

此功转化为磁体在磁场中的位能. 适当选 取能量零点, 磁体在外场中的能量密度可 表为:
θ
H
－退磁场能与退磁因子 Ｎ有关，即与材料的形 状以及磁化方向有关－ 各向异性能．
UH 0 MH cos 0 M H
1.2 材料的磁化
B 0 (1 ) H
定义磁导率μ为 (3)复磁导率
1 B 0 H max
B 1 0 H
－磁导率是表征磁性材料的磁性、 导磁性及磁化难易程度的物理量, 是磁场的函数．根据磁化条件不 同，材料的磁导率有：
~ i
在交变磁场中磁化
O
H
（5） 退磁场
材料在外磁场中磁化时，在内部将产 生一个与其磁化强度 M 反向的磁场 H d, 称为退磁场: Hd NM N 称为退磁因子,取决于材料的形状. －如沿长轴磁化样品，细长的N≈0,短 粗的N很大.一般样品在0－1之间. z 可以证明,椭球体的 三个主轴方向退磁 因子间存在如下简 单关系: Nx N y Nz 1
N1 N2 M 磁通计
B
I0

10 6 4
磁化曲线的测量
铝镍钴的磁化曲线
（2） 磁滞回线
饱和后减小外磁场H ， B和M的值减小但不 沿初始磁化曲线返回 －当H＝0时仍保留一 定的B和M值，称为 剩磁Br或Mr． 增加反向外磁场， B和M 的值继续减小以致可使B 和M为零，此时的外磁场 的大小称矫顽力BHc(磁场 矫顽力）或MHc示（內禀 矫顽力），表征材料磁化 后保持磁化状态的能力．
B 0 H 4 M
（4） 磁化率和磁导率
M

H
磁场中的磁体的磁化强度M 与磁 场强度 H 的关系为
M H
称为磁体的磁化率．
(1)起始磁导率
i
B 0 H 0 H lim
1
H→0时磁导率的极限值,弱磁场下 重要参数. (2)最大磁导率
由此可将磁感应强度 B写作
max
磁性和磁性材料
主要参考书： (1)严 密 彭晓领编著，磁性基础与磁性材料，浙江大学出版社， 2006年出版. (2)姜寿亭 李 卫编著，凝聚态磁性物理，科学出版社，2003年 出版. (3)(美)R.C.奥汉德利著,现代磁性材料原理和应用,化学工业出 版社,2002年出版.
一
磁学基础知识
－描述物质磁性的一些主要物理量、材料的磁化过程、物质磁性和磁 性材料的分类.
L Lm 0 m H 0 M H
M是磁化强度．总力矩大小为
L 0 MH sin
θ为磁化强度M与磁场H 的夹角. 当磁体转过θ角，外力克服磁场作功
W L d 0 MH cos C
0
Hd NM 是M的函数, 应由积分算得其
rev lim
H 0
(7)不可逆磁导率 irr diff rev
描述不可逆磁化性质．
增量磁导率在ΔH→0时的极限值.
连接原点O与起始磁化曲线上任一点的直线的斜率称为总磁导率μtot . B μmax μ μdiff μmax μtot ΔB μi
ΔH
μrev H O
－材料对外磁场的响应特性由磁化曲线和磁滞回线表征。
（1） 磁化曲线
实验测定：环形样品，初级线圈N1通电产生磁场样品磁化，次级线圈N2接磁通计测 量磁通，可得B~H曲线；根据 B 0 ( H M ) 可画出M～H曲线。
例，铝镍钴的起始磁化曲线： M～H曲线饱和（饱和 磁化强度Ms）， B~H曲线不饱和。