磁性能

B B0 B
顺磁质的取向极化
B0
无外磁场时 Pm 0 但 Pm 0
外加磁场后 Pm 0 而且 Pm Pm B0得到加强
磁化曲线
铁磁性物质
从物质的原子结构观点来看，铁磁质内电子间因自 旋引起的相互作用是非常强烈的，在这种作用下，铁 磁质内形成了一些微小区域，叫做磁畴，每一个磁畴 中，各个电子的自旋磁矩排列 得很整齐，因此它具有 很强的磁性，这叫做自发磁化，但在没有外磁场时铁 磁质内各个磁畴的排列方向是无序的，所以，对外不 显磁性。当处于外磁场中时，铁磁质内各个磁畴的磁 矩在外磁场的作用下都趋向于沿外磁场方向排列，也 就是说，不是像顺磁质那样使单个原子、分子发生转 向，而是使整个磁畴转向外磁场方向，所以在不强的 外磁场作用下，铁磁质可以表现出很强的磁性来，这 时，铁磁质在外磁场中的磁化程度非常大，它所建立 的附加磁感强度比外磁场的磁感强度在数值上一般要 大几十倍到数千倍，甚至达数百万倍。
考古天文地质和采矿等领域的磁应用
我们已经知道，地球是一块巨大的磁铁，那 么，它的磁性来自何处？它是自古就有的 吗？它和地质状况有什么联系？宇宙中的 磁场又是如何的？
至少在图片上我们都见过灿烂北极光。我国自古代就 有了北极光的记载。北极光实际上是太阳风中的 粒子和地磁场相互作用的结果。太阳风是由太阳 发出的高能带电粒子流。当它们到达地球时，与 地磁场发生相互作用，就好象带电流的导线在磁 场中受力一样，使得这些粒子向南北极运动和聚 集，并且和地球高空的稀薄气体相碰撞，结果使 气体分子受激发，从而发光。
Байду номын сангаас
磁化曲线
顺磁质 铁磁质
铁磁质
磁滞回线：
磁性材料的应用及发展前景
磁性材料主要包括永磁材料、软磁材料、信磁材料、 特磁材料等，覆盖很多高新技术领域。在稀土永磁材料 技术、永磁铁 氧体技术、非晶软磁材料技术、软磁铁 氧体技术、微波铁氧体器件技术、磁性材料专用设备技 术等领域，全球已经形成庞大的产业群。
磁性材料可用于哪些产品呢？首先，在通讯行业，全球数十亿部手机都需要大量的 铁氧体微波器件、铁氧体软磁器件和永磁元件。全球数以千万计的程控交换机也需要大 量高技术磁芯等元件。此外，国外无绳电话安装数量已经占固定电话总量的一半以上。 这类电话需要大量软磁铁氧体元件。而且，可视电话也在快速普及。它也需要大量磁性 元件。第二，在IT行业，硬盘驱动器、CD－ROM驱动器、DVD－ROM驱动器、显示 器、打印机、多媒体音响、笔记本电脑等也需要使用大量钕铁硼、铁氧体软磁、永磁材 料等元件。第三，在汽车行业，全球汽车年产量约5500万辆。按每辆汽车使用铁氧体 永磁电机41只计算，汽车行业每年需要电机约22.55亿只。此外，全球汽车扬声器需 求量也数以亿计。总之，汽车行业每年需要消耗大量的磁性材料。第四，在照明设备、 彩电、电动自行车、吸尘器、电动玩具、电动厨房用具等行业，磁性材料的需求量也很 大。例如，在照明行业，LED灯具的产量很大，它需要消耗大量的铁氧体软磁材料。总 之，全球每年都有数以百亿计的电子、电气产品需要使用磁性材料，在很多领域，甚至 需要技术含量极高的核心磁性器件。
地磁的变化可以用来勘探矿床。由于所有物 质均具有或强或弱的磁性，如果它们聚集在一 起，形成矿床，那么必然对附近区域的地磁场 产生干扰，使得地磁场出现异常情况。根据这 一点，可以在陆地、海洋或者空中测量大地的 磁性，获得地磁图，对地磁图上磁场异常的区 域进行分析和进一步勘探，往往可以发现未知 的矿藏或者特殊的地质构造。
2003年诺贝尔生理学和医学奖授予美国科学家 保罗· Nobel Prize 曼斯菲尔德， MRI 劳特布尔和英国科学家彼得· & 以表彰他们在磁共振成像技术领域的突破性成 就（for their discoveries concerning "magnetic resonance imaging”）。 他们取得的成就是医学诊断和研究领域的重大成 果。
磁功能材料
我国古代对磁性物质的应用事例 司南
指南针的始祖大约出现在战国时期。它是用天然 磁石制成的。样子象一把汤勺，圆底，可以放在平滑 的“地盘”上并保持平衡，且可以自由旋转。当它静 止的时候，勺柄就会指向南方。古人称它为“司南”， 当时的著作《韩非子》中就有：“先王立司南以端朝 夕。” “端朝夕”就是正四方、定方位的意思。
从实验中还知道，铁磁质的磁化和温度有关，随 着温度的升高，它的磁化能力逐渐减小，当温度升高 到某一温度时，铁磁性就完全消失，铁磁质退化成顺 磁质，这个温度叫做居里温度或叫居里点。这是因为 铁磁质中自发磁化区域因剧烈的分子热运动而遭破坏， 磁畴也就瓦解了，铁磁质的铁磁性消失，过渡到顺磁 质。从实验知道，铁的居里温度是1043K，78%坡莫 合金的居里温度是580K，30%坡莫合金的居里温度 是343K。
z
物质的磁性来源和分类 电和磁性能比较 超导电性和磁效应
1. 物质的磁性
磁场对处于磁场中的物质也有作用，使其磁 化。一切能够磁化的物质称为磁介质。而磁化了的 磁介质要激起附加磁场，也会对原磁场产生影响。
B B0 B
磁介质的分类
令
称μr为相对磁导率
顺磁质: 使原磁场得到加强 抗磁质: 使原磁场受到减弱
铁磁质: 使原磁场大大加强
r 1
如: 锰、铬、氧
r 1
如: 汞、铜、氢
r 1
如:铁、钴、镍
抗磁质的“位移”磁化 无外磁场时, 每个分子的磁矩
Pm
加外磁场后, 产生 P m Pm与B0反向
所以削弱外磁场
B B0 B
Pm 0
B0
顺磁质的磁化：
MRI物理学原理简述
磁性纳米材料在生物医学领域中的应用， 尤其是生物体内应用方面，还存在着许多 瓶颈。生物体内应用，作为磁性纳米材料 在医学领域中应用的终极目标，要求磁性 纳米材料不仅具有良好的水溶性和生物相 容性，同时还要具备表面功能性。利用磁 性纳米材料表面功能基团与可识别病灶的 功能(大)分子进行耦联，是实现磁性纳米 晶体在疾病鉴别诊断中应用的最可行的手 段之一。 细胞的分离与分类等领域可望有 广泛的应用。磁性纳米材料在生物医学领 域已表现出独特的优势，具有潜在的应用 前景。随着高分子材料学、电磁学、医学、 生物工程学的进一步发展，必将加速推动 对磁性纳米材料的基础研究和在生物医学 领域应用研究工作，使之进人一个新的发 展阶段。
军事领域的磁应用
在现代战争中，制空权是夺得战役胜利的关 键之一。但飞机在飞行过程中很容易被敌方的雷 达侦测到，从而具有较大的危险性。为了躲避敌 方雷达的监测，可以在飞机表面涂一层特殊的磁 性材料－吸波材料，它可以吸收雷达发射的电磁 波，使得雷达电磁波很少发生反射，因此敌方雷 达无法探测到雷达回波，不能发现飞机，这就使 飞机达到了隐身的目的。这就是大名鼎鼎的“隐 形飞机”。隐身技术是目前世界军事科研领域的 一大热点。美国的F117隐形战斗机便是一个成功 运用隐身技术的例子。 在美国的“星球大战”计划中，有一种新型武器“电磁武器”的开发研 究。传统的火炮都是利用弹药爆炸时的瞬间膨胀产生的推力将炮弹迅速 加速，推出炮膛。而电磁炮则是把炮弹放在螺线管中，给螺线管通电， 那么螺线管产生的磁场对炮弹将产生巨大的推动力，将炮弹射出。这就 是所谓的电磁炮。类似的还有电磁导弹等。
生物界和医学界的磁应用
在医学上，利用核磁共振可以诊断人体异常组 织，判断疾病，这就是我们比较熟悉的核磁共 振成像技术，其基本原理如下：原子核带有正 电，并进行自旋运动。通常情况下，原子核自 旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场 中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。自 旋系统的磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到 平衡时，磁化强度达到稳定值。如果此时核自 旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发 原子核即可引起共振效应。 在射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回 复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许 多信号检出，并使之时进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。核磁共 振的特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰 白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易软组织分开。正常 脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使 脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断。
劳特布尔 (Paul Lauterbur，1929年生于美国)
劳特布尔在1973年发现，通过 在静磁场中使用梯度磁场，能够获 得磁共振信号的位置，从而可以得 到物体的二维图像。这些图像是无 法用其他方法得到的。
曼斯菲尔德 (Peter Mansfield，1933年生于英国)
曼斯菲尔德进一步发展了使用梯度磁场的方法，他 指出磁共振信号可以用数学方法精确描述，从而使磁共 振成像发展为一种成像技术成为可能。他发展的快速磁 共振成像方法为医学磁共振成像打下了基础。
常见的磁性物质在生活中的应用
久磁性灵敏指南针
磁性锁和磁性钥匙
能自动拉合的磁性门帘 磁宝石制成的磁性项链
詹姆斯· 克拉克· 麦克斯韦：19世纪伟大的英国物
理学家，麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物 理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的 电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理 学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他 预言了电磁波的存在。这种理论后来得到了充分的实验验证。 他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，是 以磁场理论为基础发展起来的。
奥斯特：丹麦物理学家。1806年起任哥本哈根
大学物理学教授，1815年起任丹麦皇家学会常务秘 书。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家 学会科普利奖章，1824年倡议成立丹麦科学促进协 会，创建了丹麦第一个物理实验室。 1934年以 “奥斯特”命名CGS单位制中的磁场强度单位。 1937年美国物理教师协会设立“奥斯特奖章”，奖 励在物理教学上做出贡献的物理教师。
在传统工业中的应用
在讲述磁性材料的磁性来源、电 磁感应、磁性器件时，我们已经 提到了有些磁性材料的实际应用。 实际上，磁性材料已经在传统工 业的各个方面得到了广用。例如， 如果没有磁性材料，电气化就成 为不可能，因为发电要用到发电 机、输电要用到变压器、电力机 械要用到电动机、电话机、收音 机和电视机中要用到扬声器。众 多仪器仪表都要用到磁钢线圈结 构。这些都已经在讲述其它内容 时说到了。