铁磁学 第一章 物质磁性基本概念

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认识磁现象知识点总结

认识磁现象知识点总结

认识磁现象知识点总结一、磁现象的基本概念1、磁性的定义磁性是指物质表现出的吸引或排斥其他物质的性质,称为磁性。

磁性是指物质受到外界磁场作用时所表现出来的一种性质,也就是物质对于磁场的感应能力。

2、磁性的分类一般来说,磁性物质可以分为铁磁性、抗磁性、顺磁性和铁氧体。

铁磁性:铁、钴、镍等金属元素和它们的合金都具有铁磁性,当外部磁场作用于这类材料时,它们会被吸引,并且在外磁场消失后仍会成为永久磁体。

抗磁性:铜、铅、铝等金属元素以及水、氮气等气体都具有抗磁性,当外部磁场作用于这类材料时,它们会产生一个与外磁场相反的磁感应强度,因此会被排斥。

顺磁性:铝、硅、水和大部分的有机物质都具有顺磁性,当外磁场作用于这类材料时,会在外磁场的作用下产生与外磁场方向相同的磁感应强度,也会被吸引。

铁氧体:铁氧体是一类特殊的磁性氧化物材料,其磁性较强,可用于制造磁芯、电源变压器、磁头等。

二、磁性材料的分类1、永磁材料永磁材料是指在自然条件下不会丧失其磁性的材料,主要包括铁、钴、镍、钕铁硼、钡铁氧体等。

永磁材料的磁性主要来源于它们的晶格结构和电子自旋的排列。

2、软磁材料软磁材料是指在磁场作用下易磁化和退磁的材料,主要包括硅钢、镍铁合金等。

软磁材料通常用于制造变压器、电感、电动机等。

3、硬磁材料硬磁材料是指在一定条件下会保持永久磁化的材料,主要包括铁、钴、镍和它们的合金。

硬磁材料主要用于制造永磁体、电机、传感器等。

三、磁性的形成原因1、电子自旋物质的磁性主要来源于内部的电子自旋,电子自旋是电子固有的属性,它类似于地球的自转。

当物质中的电子自旋排列有序时,即形成了宏观磁性。

2、自旋磁矩电子自旋还带有磁矩,这个磁矩的存在使得物质具有了磁性。

当材料中的电子自旋磁矩方向一致时,即形成了宏观的磁性。

3、磁畴结构磁性材料通常通过磁畴结构来实现在无外磁场下的自发自发磁化。

在无外磁场作用下,磁性材料通常会分为许多小的磁畴,每个磁畴的磁性取向是随机的。

磁性物质知识点

磁性物质知识点

磁性物质知识点磁性物质是指具有磁性能力的物质,其在外磁场的作用下会对磁场体现出各种性质和行为。

对于磁性物质的了解,有助于我们理解其在生活和科技中的应用。

本文将介绍磁性物质的基本概念、性质和分类,并探讨其在不同领域的应用。

一、磁性物质的基本概念磁性物质是指能够吸引铁和放出磁性的物质。

根据磁性的强弱,磁性物质可以分为强磁性物质和弱磁性物质。

磁性物质通常由微观颗粒组成,这些颗粒中的每个颗粒都具有微小的磁性。

在没有外磁场作用下,这些颗粒的磁性相互混乱,不表现出明显的磁性。

当外磁场作用于磁性物质时,这些微观颗粒的磁性将被导向,使得整个物质体现出磁性行为。

二、磁性物质的性质1. 磁化性:磁性物质在外磁场作用下,会被磁化,即形成磁化强度。

2. 磁导率:磁性物质的磁导率大于真空或空气的磁导率。

3. 磁滞回线:当外磁场强度增大或减小时,磁性物质的磁化强度也随之增大或减小,但不是线性关系。

这种非线性的关系可以通过磁滞回线来表示,磁滞回线可以帮助我们对磁性物质的磁化行为进行分析。

4. 磁畴:磁性物质内部存在着各种微观磁畴,每个磁畴都具有自己的磁化方向。

在没有外磁场作用时,磁性物质的磁畴是杂乱无章的。

而在外磁场作用下,磁畴会重新排列,使整个物质体现出统一的磁性。

5. 居里温度:磁性物质表现出磁性的温度范围被称为居里温度。

在居里温度以下,磁性物质呈现出铁磁性,居里温度以上则呈现出顺磁性。

三、磁性物质的分类根据磁化强度和磁滞回线的关系,磁性物质可以分为顺磁性、铁磁性和抗磁性三种类型。

1. 顺磁性:顺磁性物质在外磁场作用下,磁化强度增大,并且磁滞回线是一个闭环。

常见的顺磁性物质有氧气、铜等。

2. 铁磁性:铁磁性物质在外磁场作用下,磁化强度可以达到很高,并且磁滞回线是一个闭环。

常见的铁磁性物质有铁、镍、钴等。

3. 抗磁性:抗磁性物质在外磁场作用下,磁化强度几乎为零,并且磁滞回线是一个开环。

常见的抗磁性物质有金铜合金、银等。

四、磁性物质的应用磁性物质在生活和科技领域中广泛应用,以下是一些典型的例子:1. 医学:磁性物质在医学成像中被广泛使用,如磁共振成像(MRI)。

九年级物理磁学第一节知识点讲解

九年级物理磁学第一节知识点讲解

九年级物理磁学第一节知识点讲解磁学是物理学的一个重要分支,它研究的是磁场的产生和性质。

在九年级物理教学中,磁学是一个关键的知识点,它涉及到磁铁、磁场、磁力等重要概念。

本文将围绕九年级物理磁学第一节的主要内容展开讲解,帮助同学们更好地理解和掌握这一知识。

1. 磁性物质和磁铁在磁学中,我们经常提到磁性物质和磁铁。

磁性物质是可以被磁化的物质,如铁、镍、钴等。

它们在外磁场的作用下会呈现出一定的磁性。

而磁铁则是指有明显磁性的物体,在磁学中分为强磁铁和弱磁铁。

强磁铁就是能够保持长时间磁性的磁铁,而弱磁铁则容易失去磁性。

2. 磁力和磁场磁力是磁物体之间相互作用的力,它可以是吸力,也可以是斥力。

磁力的方向由南极指向北极,遵循右手规则。

而磁场则是磁物体周围空间中的一种物理场,它是由磁铁或电流所产生的。

磁场的大小和方向可以用磁力线表示,磁力线的方向是磁力的方向。

磁场强度是磁场的物理量,用B表示,单位是特斯拉(T)。

我们可以用磁力计来测量磁场。

3. 磁场对电流的影响根据安培定则,磁场对电流有影响。

当电流通过导线时,会产生一个圆形磁场,其方向由右手螺旋法则确定。

同样,电流也会受到磁场的力作用,在磁场中的导线会受到一个垂直于导线和磁场的力,称为洛伦兹力。

洛伦兹力的大小和方向由洛伦兹定则给出。

4. 磁场对运动带电粒子的影响在磁场中,运动带电粒子也会受到力的作用。

这个力被称为洛伦兹力,它的大小和方向由洛伦兹定则给出。

根据洛伦兹定则,当带电粒子与磁场垂直时,洛伦兹力只改变带电粒子的方向而不改变速度大小;当带电粒子与磁场平行时,洛伦兹力将导致带电粒子做圆周运动。

5. 电动机和电磁铁电动机和电磁铁是应用磁学的重要设备。

电动机通过利用电流在磁场中受力而实现电能转换成机械能。

它由定子和转子组成,通电时,定子和转子上的电流会在磁场中相互作用,产生力矩使转子转动,从而实现电能转换。

而电磁铁则是利用通电线圈产生的磁场,实现磁性物体的吸附或释放。

磁性物理学第一章物质磁性概述-磁性物理

磁性物理学第一章物质磁性概述-磁性物理
顺磁性物质举例
如氧、铝、铂等金属,以及某些非金属如氮、氧等。
顺磁性特点
顺磁性物质的磁化率比抗磁性物质大,但仍然是微弱的。它们同样 不会自发磁化,且在外磁场撤去后无剩磁。
铁磁性物质
01
铁磁性定义
铁磁性是指物质在外磁场作用下,能产生很强磁化现象,且可以自发磁
化形成磁畴。
02
铁磁性物质举例
如铁、钴、镍及其合金等。
物质磁性影响因素分
04

温度对物质磁性影响
居里温度
物质磁性随温度变化的重要参数,当温度高于居里温度时,铁磁性物质转变为顺 磁性。
磁化率与温度关系
对于顺磁性物质,磁化率随温度升高而降低;对于铁磁性物质,在居里温度以下 磁化率随温度升高而降低,在居里温度以上转变为顺磁性。
压力对物质磁性影响
压力效应
磁性分类
根据物质在磁场中的表现,可分为铁 磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性 和抗磁性等。
物质磁性来源
电子自旋磁矩
电子自旋产生的磁矩是物质磁性的主要来源。
电子轨道磁矩
电子绕原子核运动时产生的磁矩,对物质磁性有 贡献但通常较小。
原子核自旋磁矩
原子核自旋产生的磁矩,对物质磁性的贡献极小, 通常可忽略不计。
尔元件等,实现非接触式测量和自动控制。
磁记录材料应用领域
硬盘驱动器
磁记录材料用于制造硬盘驱动器的存储介质,实现数据的长期可 靠存储。
磁带
利用磁记录材料的磁化特性,制造磁带等线性存储设备,用于数 据的备份和归档。
磁卡
磁记录材料用于制造各种磁卡,如信用卡、门禁卡等,实现身份 识别和交易安全。
总结与展望
物质在压力作用下,原子间距减小,电子云重叠增加,导致 交换作用增强,从而影响物质的磁性。

11-8铁磁性1

11-8铁磁性1
自发磁化:在没有外磁场作用的情况下,分子 磁矩已经自发地定向排列起来了
自发磁化对应一定的磁化强度,称为自发磁化强度
1
(1) 原子磁矩自发地定向排列,是电子自旋之 间的一种静电相互作用引起的,这种相互作用称 为交换作用。交换作用是一种量子效应,在经典 范围内不存在与之相对应的概念。我们只要知道, 交换作用导致原子磁矩平行排列就够了。 (2)正因为铁磁质存在自发磁化的性质,所以 一般铁磁体在不太强的磁场作用下就很容易达到 磁化饱和状态。
0
2

0
R3M sin3 d
R3

0M
2

0
sin3
d

2 3
0M
写为矢量
B

2 3
0M
15
磁场强度为
B
1
H M M
0
3
(2) 表面环的磁矩为
dm idlS k
其中: S r2
m dm R3M sin3 d 4 R3M
用软磁材料(如坡莫合金)做成的闭合空腔,由于空腔
的磁导率比外界大得多,绝大部分磁感线从空腔壁内通过,
而不会有外磁场进入腔内,达到磁屏蔽的目的。
13
11-29 半径为R的磁介质球被均匀磁化,磁化强度 为M,求:(1) 由磁化电流在球心产生的磁感应强度 和磁场强度;(2) 由磁化电流产生的磁矩。
解 (1) 取球心O为坐标原 点、z轴水平向右建立如图 所示的坐标系。根据
H
用于磁电式电表中的永磁铁,耳机中的永久 磁铁,永磁扬声器。
11
3.作存储记忆元件的矩磁材料: 三氧化二铁或 二氧化铬粉层、锂锰铁氧体等。
Br=Bs ,Hc大,磁滞回线是矩

(完整版)物质的磁性(I)——抗磁性、顺磁性和铁磁性

(完整版)物质的磁性(I)——抗磁性、顺磁性和铁磁性

于是有
按其态量中在子rn出,力l,的m学分l ,理m布论s是概,率表轨。征道根状电据态子量的的子四运力动个学状量的态,解应释n以lm,l波m空s 函r间数2量表子n示lm数lms 的r物表该理示状
意义如下: 1)n=1,2,3....为主量子数,由它决定电子的能量。对于氢
原子,2)电l子=0的,1能,2量..为..,En-n1,为 轨2m道2en4角2 动。量量子数。它决定轨道角 动量的绝对值:
以上是反常塞曼效应。在强磁场中,
则为正常塞曼效应,这时矢量 和 间的耦合被拆散,能级分裂
同样方法计算铁族离子的磁矩则与实验值差别较大。
推论:在基态下,满壳层电子的总角动量和总磁矩都为零。
原子的磁性的最直接的ห้องสมุดไป่ตู้验证明是塞曼效应。塞曼效应是原
子光谱线在磁场中的分裂。在弱磁场H中,每个能级En分裂为
2J+1个能级,能级间隔为 EH mJ gJ BH。多重能级间的跃迁遵循
“选择定则”:mJ 0,1
磁性现象的认知过程
最早在春秋时代的《管子》、战国时代的《吕氏春秋》 中有关“慈石”的记载、公元前4世纪有关天然磁铁矿 (Fe2O3)的记载。公元前3世纪我国发明了指南针。公元前 6世纪希腊人台利斯有关磁性的著作。
从丹麦物理学家奥斯特发现电流效应开始逐步深入理解 磁性现象。法国物理学家安培提出“分子电流”是物质磁性 起源的假说、1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应 定律。
了光谱线的精细结构。为了解释这种谱线结构,有个重要的假设: 电子具有自旋角动量(本证角动量)和自旋磁矩(本证磁矩)。 自旋角动量 在任意方向的外磁场中的投影值
与之相应的电子自旋磁矩在外磁场方向的投影为 注意的是,

铁磁性课件.ppt

铁磁性课件.ppt
31
反铁磁性
• 物质原子间静电交换作用使原子磁矩有序排列,当 交换积分A<0时,原子磁矩反平行排列的状态称为 反铁磁态,处于反铁磁态的物体称为反铁磁体。
某些反铁磁体的磁性常数
物质
TN(K)
χ(θ)/χ(TN)
MnO
122
2/3
MnS
165
0.82
MnSe
150
MnTe
323
0.68
MnF2
72
FeO
5
• 铁磁性研究的核心问题就是为什么铁磁体 的原子磁矩比顺磁体容易整列?
物质内部原子磁矩的排列 a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性
6
铁磁性的物理本质
7
Weiss假设
• Weiss提出第一个假设:磁体中存在与外场无关的自 发磁化强度,在数值上等于技术饱和磁化强度Ms, 而且这种自发磁化强度的大小与物体所处环境的温 度有关。对于每一种铁磁体都有一个完全确定的温 度,在该温度以上,物质就完全失去了其铁磁性。
• 人们把注意力转向静电力。但是,建立在Newton力 学和Maxwell电磁力学上的经典电子论也不能揭示 铁磁体自发磁化的本质。
• Heisenberg和Frank按照量子理论证明,物质内相邻 原子的电子间有一种来源于静电的相互作用力。由 于这种交换作用对系统能量的影响,迫使各原子的 磁矩平行或反平行排列。
• 磁相互作用力的能量与热运动的能量相比太小了, 根据计算,在磁相互作用力下,物体只需加热到 1K就可以破坏原子磁矩的自发平行取向,因而物 体的居里温度应在1K左右。
13
• 实际铁磁体的居里温度在数百K甚至上千K。
• 引起铁磁体内原子磁矩排列整齐,并使有序状态 保持到如此高的温度的力量显然比磁相互作用力 要大千百倍。

第1章磁学与磁性材料基础知识PPT课件精选全文完整版

第1章磁学与磁性材料基础知识PPT课件精选全文完整版

( )
H
d
=
NxM xi
+ NyMy
j
+ NzMzk
( )
Fd
=
1 2
m0
N
x
M
2 x
+
N
yM
2 y
+
NzM
2 z
N x + N y + N z = 1
球体:Fd = (1/ 6)m0M 2
( ) 细长圆柱体:Fd = (1/ 4)m0 M x2 + M y2
薄圆板片:Fd = (1/ 2)m0M z2
适用条件:磁体内部均匀一致,磁化均匀。
16
1.2. 材料的磁化
▼磁化曲线
表示磁场强度H与所感生的B或M之间的关系 O点:H=0、B=0、M=0,磁中性或原始退磁状态 OA段:近似线性,起始磁化阶段 AB段:较陡峭,表明急剧磁化 H<Hm时,二曲线基本重合。 H>Hm后,M逐渐趋于一定值 MS(饱和磁化强度),而B 则仍不断增大(原因?) 由B-H(M-H)曲线可求 出μ或 χ
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。
38
T
p
该表取自Kittel 书2005中文版p236,从中看出反铁磁物质的 转变温度一般较低,只能在低温下才观察到反铁磁性。
2
磁极和电流周围都存在磁场,磁场可以用磁力线表示:
磁力线特点:
从N极出发,进入与其最邻近的S极,并形成闭合回路; 通常呈直线或曲线,不存在呈直角拐弯的磁力线; 任意二条同向磁力线之间相互排斥,因此不存在相交的磁力线;

铁磁性

铁磁性

程序
即磁畴内每个原子的未配对电子自旋倾向于平行排列。因此,在磁畴内磁性是非常强的,但材料整体可能并 不体现出强磁性,因为不同磁畴的磁性取向可能是随机排列的。如果我们外加一个微小磁场,比如螺线管的磁场 会使本来随机排列的磁畴取向一致,这时我们说材料被磁化。材料被磁化后,将得到很强的磁场,这就是电磁铁 的物理原理。当外加磁场去掉后,材料仍会剩余一些磁场,或者说材料"记忆"了它们被磁化的历史。这种现象叫 作剩磁,所谓永磁体就是被磁化后,剩磁很大。
磁体的首选
三碘化铬作为制作2D磁体的首选,在于其具有三个重要特性:首先,三碘化铬晶体包含许多叠层,层级间好 像“透明胶带”一样相互隔开,2D层状结构容易获得;其次,该化合物是一种铁磁性材料,其内电子自旋方向整 齐划一,能像冰箱磁贴一样产生永久磁性;最后,三碘化铬还具有各向异性,这一特性使得其内电子一直沿着与 晶体表面垂直的方向自旋。
假设施加外磁场,这些磁畴的磁矩还趋于与外磁场呈相同方向,从而形成有可能相当强烈的磁化矢量与其感 应磁场。随着外磁场的增高,磁化强度也会增高,直到“饱和点”,净磁矩等于饱合磁矩。这时,再增高外磁场 也不会改变磁化强度。假设,减弱外磁场,磁化强度也会跟着减弱。但是不会与先前对于同一外磁场的磁化强度 相同。磁化强度与外磁场的关系不是一一对应关系。磁化强度比外磁场的曲线形成了磁滞回线。
假设再到达饱和点后,撤除外磁场,则铁磁性物质仍能保存一些磁化的状态,净磁矩与磁化矢量不等于零。 所以,经过磁化处理后的铁磁性物质具有“自发磁矩”。
发现者
铁磁理论的奠基者,法国物理学家P.E.外斯于1907年提出了铁磁现象的唯象理论。他假定铁磁体内部存在强 大的“分子场”,即使无外磁场,也能使内部自发地磁化;自发磁化的小区域称为磁畴,每个磁畴的磁化均达到 磁饱和。实验表明,磁畴磁矩起因于电子的自旋磁矩。1928年W.K.海森伯首先用量子力学方法计算了铁磁体的自 发磁化强度,给予外斯的“分子场”以量子力学解释。1930年F.布洛赫提出了自旋波理论。海森伯和布洛赫的铁 磁理论认为铁磁性来源于不配对的电子自旋的直接交换作用。

磁学知识点高中总结

磁学知识点高中总结

磁学知识点高中总结一、磁性的基本特征磁性是物质的一种性质,主要表现为吸引或排斥其他物质,这种吸引或排斥的作用称为磁力。

常见的具有磁性的物质有铁、镍、钴等,并且一些合金和化合物也具有磁性。

磁性物质可以分为铁磁性、顺磁性和抗磁性。

1. 铁磁性铁磁性物质在外磁场的作用下会被磁化,并且在去除外磁场后会保留一定的剩磁,称为永磁体。

铁磁性物质的典型代表是铁、镍、钴等金属。

2. 顺磁性顺磁性物质在外磁场的作用下也会被磁化,但在去除外磁场后不会保留任何磁化,称为非永磁体。

顺磁性物质的磁化强度和外磁场成正比。

3. 抗磁性抗磁性物质在外磁场的作用下会发生反磁化,即在外磁场的作用下,它们会产生一个与外磁场方向相反的磁化。

二、磁场的产生和性质磁场是磁性物质周围的一种物理场,它由运动的电荷产生,也可以由磁化的物质产生,称为外磁场。

磁场的产生和性质主要有以下几个方面:1. 运动的电荷产生磁场当电荷q以速度v运动时,它产生的磁场的大小和方向分别与电荷的大小、速度、运动方向以及离电荷的距离有关。

磁感应强度B的大小与电荷q的速度、电荷在磁场中的运动轨迹有关。

2. 磁感应线和磁力线磁场中的磁力线(或磁感应线)是用来表示磁场的一种图形表达方式。

它们是从磁南极指向磁北极的曲线,磁感应线的方向与磁场中磁力的方向相同。

磁感应线的密度表示了磁场强度的大小,即单位面积内磁感应线的数量。

3. 磁场的性质磁场的性质主要包括磁场的相互作用、磁场的力矩和力矢、磁场对运动电荷的作用等。

磁场对电流产生的力称为洛伦兹力,在运动电流周围产生环状磁感应线,磁感应线的强度和方向与电流的大小和方向有关。

三、磁场中的电荷运动磁场对电荷的作用主要表现为电荷在磁场中受到力的作用,产生径向偏转的运动轨迹。

在磁场中,带电粒子的运动轨迹可以通过洛伦兹力和被动运动定律来描述。

1. 洛伦兹力洛伦兹力是带电粒子在磁场中受到的力,它的大小和方向分别与电荷q的大小、速度v和磁感应强度B有关。

铁磁学教学大纲

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1 2

铁磁学1 2

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
3.09 83.80 1.03
-43
3.78 131.3 1.24
Kittel 书数据(2002)
它们的电子壳层都是满壳层,所以原子磁矩为零。 在CGS单位制下,抗磁磁化率的典型值是10-6cm3·mol-1 。 统一换成体积磁化率的数值,量级是10-6。 换成 SI 单位制下应乘以4π,量级在10-5。
表现为铁磁性的元素物质只有以下几种: 一些过渡族元素和稀土元素金属:
室温以上,只有4种元素是铁磁性的。 但以上面元素为主构成的铁磁性合金和化合物是很多的,它
们构成了磁性材料的主体,在技术上有着重要作用,例如:
Fe-Ni, Fe-Si, Fe-Co, AlNiCo, CrO2, EuO, GdCl3,
自然界中很多物质都是抗磁性物质:周期表中三分之一的 元素、绝大多数的有机材料和生物材料都是抗磁性物质。 包括:
稀有气体:He,Ne.Ar,Kr,Xe 多数非金属和少数金属:Si,Ge,S,P, Cu,Ag,Au, 不含过渡族元素的离子晶体:NaCl,KBr, 不含过渡族元素的共价键化合物:H2,CO2,CH4 等 几乎所有的有机化合物和生物组织: 水; 一些反常抗磁性物质:
见Kittel 固体物理学8版p227,姜书p52也有此数据,稍有差别。
4. 反铁磁性(antuferromagnetism) :

铁磁学绪论

铁磁学绪论

1958年
小口(Oquchi)和BPW(Beche-Peierls-Weiss) 考虑了自旋的近程作用,对临界点附近的相变行 为给出了更好的结果。
1934~1957年 在海森堡交换模型的基础上,铁磁学理
克喇末(Kramers)提出超交换模型来解释绝
缘性化合物(铁氧体)的自发磁化。1950年安
论进一步发展:
铁磁学就是研究强磁性物质中自发磁 化的成因及在不同外加条件下各种物质的 微观磁性和宏观磁性的变化规律 主要包括三部分: 自发磁化的基本现象和理论 技术磁化的机制和理论 交流磁化与磁共振的基本现象和理论
纵观100多年近代磁学的发展历程,经历了由金属—
非金属—金属的过程。这个过程与磁性材料的发展过程相
增大而增强。按照磁化方向与磁场的异同,弱磁性
又分为抗磁性和顺磁性。前者起因于电磁感应,后
者则由于元磁矩在外磁场下的取向。 能量减小,有限大的物质通常被分成若干小的区域, 不同区域的自发磁化方向则不同。
强磁性:表现为在无外加磁场时仍存在自发磁化。为使体系
在无外加磁场情况下,系统总的磁矩趋向于相互抵消. 这些小的区域称为磁畴.在外磁场下,由于畴壁的移动 或者畴内自发磁化方向的改变而通常表现出很强的磁 性。其另一个重要特点是存在一个临界温度,即居里温 点 T ,在 T 以上,由于热运动较强,致使自发磁化的消 c c 失,因此,居里温度是衡量引起自发磁化的微观作用大 小的量度。 强磁性由于自发磁化方式的不同,可分为铁磁性、 反铁磁性、亚铁磁性和螺磁性等,除反铁磁性外,这 些磁性通常又广义地称为铁磁性。
性的d电子并非是完全局域的。从而发展了巡游电子模
型,认为d电子既不像f电子那样局域,也不像s电子那
样自由,而是在各个原子的d轨道上依次巡游,形成

铁磁学第一章自发磁性基本概念

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
返回 放映结束
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
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二、磁化强度 M
(描述宏观磁体磁性强弱程度)
单位体积的磁体内,所有磁偶极矩的 jm或磁
矩μm的矢量和 ,分别为:
磁极化强度: J
磁 化 强 度: M
jm (Wb m2 ) V μ
m (A m1)
jm
0μm
J 0M
V
二者物理意义:描述磁体被磁化的方向与强度
比磁化强度σ(单位质量磁体内具有的磁矩矢量和)
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?
材的重要特性之一)
磁滞回线的第二象限为退磁曲线(依据此考察硬
磁材料性能),(BH)为磁能积,表征永磁材料中能量大
小。 (BH)max 是永磁的重要特性参数之一。
将退磁曲线上的 (BH)对B作用,可得(BH)对B的关系曲线。
磁化曲线与磁滞回线是磁性材料的重要特征, 能反映许多磁特性,如: μ、 MS(Bs)、Mr(Br)、 BHC(MHC)、 (BH)max 等。
令:μ=(1+ χ)=B/μ0H (相对磁导率,表征磁体 磁性、导磁性及磁化难易程度)
单位:T ∙m/A或H/m SI制中,绝对磁导率:μ绝对=B/H ∴ μ= μ绝对/ μ0
磁导率的不同定义:
1、起始磁导率 i
lim i
1
0
H 0
B H
2、最大磁导率μmax
max
1
0
B H
max
3、振幅磁导率
当 T>TC 时,铁磁性转变为顺
1
磁性,服从居里-外斯定律。 实例:3d金属Fe,Co,Ni,4f
f
T>TC
金属铽、铒、铥、钬、等以及很多 合金与化合物。
Tc TP
T
五、亚铁磁性
内部磁结构却与反铁磁性相同,但相反排列的磁 矩大小不等量。故亚铁磁性具有宏观磁性(未抵消的
反铁磁性结构的铁磁性)。 Χm>0 ,大小为1 ~103
P
C ,居里定律 T
1/ d O
T
P
T
C TP
1/
,居里-外斯定律
d
O
T
其中:C为居里常数,TP为顺磁性居里温度。
三、反铁磁性
T
TN,服从af
T
C Tp
,但Tp
0
T TN , af不增反降,并逐渐趋于定值。
即在T=TN(奈尔温度)时, χaf 最大。
1
T<TN时,其内部磁结构按次晶格自旋
典型代表为铁氧体。 1
m
Tp O
Tc
T
前三种为弱磁性,后两种为强磁性,具有此二性的 材料叫磁性材料,按其被应用的性能,磁性材料可分为 软磁、永磁、旋磁、矩磁、亚磁五类)
第四节 磁化曲线与磁滞回线
一、磁化曲线 表示磁场强度H与所感生的B或M之间的关系 O点:H=0、B=0、M=0,磁中性或原始退磁状态 OA段:近似线性,起始磁化阶段 AB段:较陡峭,表明急剧磁化
103/4π A ∙ m-1=79.577A ∙ m-1=1 Oe
磁矩: 在Gauss单位制中μ0=1G / Oe ,则磁偶极矩与磁
矩无差别,通称为磁矩,单位为电磁单位(e.m.u) 1e.m.u(磁偶极矩)= 4π ×10-10 Wb∙m 1e.m.u(磁矩)= 10-3A ∙ m2
磁化强度: Gauss单位制中,磁极化强度(J)与磁化强度
2
2
F l sin mlH sin (逆时针方向为正)
θ=00 ,L最小,处于稳定状态 θ ≠0,L ≠0,不稳定,会使磁体转到与H方向一致, 这就要做功,相当于使磁体在H中位能降低。 即:磁体在磁场中位能:
u W Ld
mlH sind
mlH cos c, (取c 0)
jm H
∴单位体积中外磁场能(即磁场能量密度)
FH u
V
jm H
V J H
0M H 0MH cos
(J/m3 )
FH是各向异性的能量
二、退磁场与退磁能量 1、退磁场 有限几何尺寸的磁体在外磁场中被磁化后,
表面将产生磁极,从而使磁体内部存在与磁化强 度M方向相反的一种磁场,起减退磁化的作用,称 为退磁场Hd。
自由真空中M=0,B与H平行,
B
0
H
磁体内部,B与H不一定平行,B
0
H
J
磁学量的单位制:
使用Gauss单位制时,
B
H
4M
和 B 0 H Bi
此时,B的单位为G,H的单位为Oe,μ0=1G / Oe 式中M为磁极密度,单位为G,4πM为磁通线的密度。
SI制与Gauss制间的转换
B:1G=10-4T H:103A ∙ m-1的H有4π Oe的值,
成反平行排列,每一次晶格的磁矩大
小相等、方向相反,故它的宏观磁性
O
TN
T 等于零,只有在很强的外磁场作用下 才能显示出微弱的磁性。
实例:过渡族元素的盐类及化合物,
如MnO,CrO, CoO等
四、铁磁性
内部原子磁矩按磁畴自发平
行取向,有宏观磁性,只要在很小
的磁场作用下就能磁化到饱和。
其χf>0(约为10~106),有磁 滞现象。
实例:惰性气体、许多有机化合物、某些金属(Bi、 Zn、Ag、Mg)、非金属(如:Si、P、S)
二、顺磁性
顺磁性物质具有一固有磁矩,但各原子磁矩取向混 乱,对外不显示宏观磁性,在磁场作用下,原子磁矩转 向H方向,感生出与H一致的M。所以, χp>0,但数值 很小(显微弱磁性)。室温下χP:10-3~10-6。 如:稀土金属和铁族元素的盐。
Hd 的大小与磁体形状及磁极强度有关。若磁 化均匀,则Hd 也均匀,且与M成正比:
其中N为退磁因子,只与磁体几何形状有关。
2、简单几何形状磁体的退磁因子N 对于旋转椭球体,三个主轴方向退磁因子之和:
Z
Na Nb Nc 1
acb X
由此可求出: Y 球 体:N=1/3
细长圆柱体:Na = Nb = 1/2, Nc = 0 薄圆板体: Na = Nb = 0, Nc = 1
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
2、磁感应强度B
SI制中,B
0
(H
M)
0
H
0
M
令Bi
J
0
M
,
则:
B 0 H Bi 0 H J
单位:B:T或Wb∙m-2;H:A/m; M:A/m;J: Wb∙m-2
思考题:
1.设铁磁体为开有小缺口L1的圆环,其圆环轴线周 长为L2,当沿圆环周均匀磁化时,该铁磁体的磁化 强度为M,试推导在缺口处产生的退磁场强度Hd。
2.按照磁化率的符号及大小,物质磁性可以分为几 类?各自的基本磁结构如何?其Χ-T关系曲线怎么 样?
无限长直流螺线管
直流环形线圈圆心
(M)相同,单位:G
J:1G 4 104 T
M:1G 103 A m1
四:磁化率与磁导率 磁体置于外磁场中磁化强度M将发生变化(磁化)。 M H, M H 其中χ称为磁体的磁化率,是单位H在磁体内感
生的M,表征磁体磁化难易程度
B 0(H M)
B 0(H H ) 1 0H
H<Hm时,二曲线基本重合。 H>Hm后,M逐渐趋于一定值 MS(饱和磁化强度),而B 则仍不断增大(原因?) 由B-H(M-H)曲线可求 出μ或 χ
二、磁滞回线
从饱和磁化状态开始,再使磁化场减小,B或M不再 沿原始曲线返回。当H=0时,仍有一定的剩磁Br或Mr。
为使B(M)趋于零,需反 向加一磁场,此时H=Hc称 为矫顽力。 BHC:使B=0的Hc。 MHC: M=0时的Hc(内禀 矫顽力) 一般| BHC | < | MHC |
F
k
m1 应用中,往往用电流产生磁场,并规定H的单位
在SI制中,用1A的电流通过直导线,在距离导线r= 1 米
2
处,磁场强度即为1A /m。
常见的几种电流产生磁场的形式为: 1、无限长载流直导线:
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:
k2 1
k
2
1)
1
k
长半径 短半径
球体:Fd 1/ 60M 2
细长圆柱体:Fd 1/ 40 M x2 M y2
薄圆板片:Fd 1/ 20M z2
适用条件:磁体内部均匀一致,磁化均匀。 形状不同或沿不同的方向磁化时,Fd也不同,这种 因形状不同而引起的能量各向异性的特征——形状各 向异性。
Hc是表征材料在磁化后保持磁化状态的能力。
通常以Hc划分软磁、永磁、半永磁材料:
B HC 810 ~ 8102 A / m :软磁
B HC 8103 ~ 8105 A / m :硬磁
介于103~105 A / m之间
:半硬磁
H从正的最大到负的最大,再回到正的最大时,
B—H或M—H形成一封闭的曲线——磁滞回线。(磁
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:
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