第五章 材料的磁学性能PPT课件

强度的关系：
M H (5-13)
式中比例系数 仅与磁介质性质有关。它反映材
料磁化的能力，没有单位，为一纯数。
可正、
可负，决定于材料的不同磁性类别，表5-1 为一些常
见材料在室温时的磁化率
表5-1 常见材料在室温时的磁化率
材料名称磁化率材料名称磁化率氧化铝-1.81×10-5锌-1.56×10-5 铜-0.96×10-5铝2.07×10-5金-3.44×10-5铬3.13×10-4水银2.85×10-5钠8.48×10-6硅-0.41×10-5钛1.81×10-4银-2.38×10-5 锆1.09×10-4
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其中Wb(韦伯)是磁通量的单位。
图 5-1 磁矩
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为了求得磁矩在磁场中所受的力，对一维情况可以写出：
FmdB/dx(5-6)
所以，磁矩x是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁矩
愈大，磁性愈强，即物体在磁场中所受的力也大。磁 矩只与物体本身有关，与外磁场无关。磁矩的概念可 用于说明原子、分子等微观世界产生磁性的原因。电 子绕原子核运动，产生电子轨道磁矩；电子本身自旋， 产生电子自旋磁矩。以上两种微观磁矩是物质具有磁 性的根源。
宏观无磁性。但在外磁场作用下，各磁矩有规则地取
向，使磁介质宏观显示磁性，这就叫磁化。磁化强度
的物理意义是单位体积的磁矩。设体积元△V内磁矩
的矢量和为
，m则磁化强度M为：
M m
(5-10)
V
式中m的单位为A·m2，V的单位为m3，因而磁化强度
M的单位为A·m-1，即与H的单位一致。
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磁介质在外磁场中的磁化状态，主要由磁化强度M决
生变化
B H (5-8)
式中μ为介质的绝对磁导率，μ只与介质有关。
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(5-8)式还可以写成如下形式
B 0 H M 0 ( H M )(5-9)
式中M称为磁化强度（intensity of
magnetization），它表征物质被磁化的程度。对于一
般磁介质，无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不一，
B H 5-2
式中， 为磁导率(magnetic permeability)，是
磁性材料最重要的物理量之一，反映了介质的特性， 表示材料在单位磁场强度的外加磁场作用下，材料内 部的磁通量密度。
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在真空中
B0 0H (5-3)
（式2）中，磁0 矩为真空磁导率， 0 ＝4×10-7享利/米(H／m)。
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5.1.1 磁学基本量
（1）磁感应强度和磁导率
1820年，奥斯特发现电流能在周围空间产生磁场，
一根通有I安培(A)直流电的无限长直导线，在距导线
轴线r米(m)处产生的磁场强度H（magnetic field
strength）为：
H
I
(5-1)
2r
在国际单位制中，的单位为安培/米(A/m)。
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材料在磁场强度为H的外加磁场(直流、交变或脉 冲磁场)作用下，会在材料内部产生一定磁通量密度， 称其为磁感应强度B（magnetic flux density），即在 强度为H的磁场被磁化后，物质内磁场强度的大小。 单位为特斯拉(T)或韦伯/米2(Wb/m2)。B和H是既有 大小、又有方向的向量，两者关系为：
磁性材料及其应用。
1.2材料物理学的特点
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第一节 基本磁学性能
自然界中有一类物质，如铁、镍和钴，在一定的 情况下能相互吸引，这种性质称它们具有磁性。使 之具有磁性的过程称为磁化。能够被磁化的或能被 磁性物质吸引的物质叫做磁性物质或磁介质。
如果将两个磁极靠近，在两个磁极之间产生作 用力——同性相斥和异性相吸。磁极之间的作用力 是在磁极周围空间传递的，这里存在着磁力作用的 特殊物质，称之为磁场。磁场和物体的万有引力场， 电荷的电场一样，都具有一定的能量，磁场还具有 本身的特性：a) 磁场对载流导体或运动电荷表现作 用力；b）载流导体在磁场中运动要做功。现在物理 研究表明，物质的磁性也是电流产生的。
第五章 材料的磁学性能
本章内容提要：
磁性不只是一个宏观的物理量，而且与物质的 微观结构密切相关。它不仅取决于物质的原子结构， 还取决于原子间的相互作用——键合情况、晶体结构。 因此，研究磁性是研究物质内部结构的重要方法之一。 同时随着现代科学技术和工业的发展，磁性材料的应
用也越来越广泛。 本章介绍固体物质的各种磁性(抗磁性、顺磁性、铁 磁性、反铁磁性、亚铁磁性)的形成机理及宏观表现； 重点介绍磁性表征参量、各类磁性物质的内部相互作 用；磁性材料在交变磁场中的磁化过程及宏观磁性；
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（3） 磁化强度
电场中的电介质由于电极化而影响电场，同样，
磁场中的磁介质由于磁化也能影响磁场。设真空中
B0 0H
(5-7)
式中B0和H分别为磁感应强度(Wb·m-2)和磁场强度
(A·m-1)，μ0为真空磁导率，H/m 。
在一外磁场H中放入一磁介质，磁介质受外磁场作
用，处于磁化状态，则磁介质内部的磁感强度B将发
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5.1.2 物质的磁性分类
根据物质的磁化率，可以把物质的磁性大致分为五 类。按各类磁体磁化强度M与磁场强度H的关系，可 做出其磁化曲线。图5-2为它们的磁化曲线示意图。
(1) 抗磁体
磁化率为甚小的负数，大约在10-6数量级。它们在 磁场中受微弱斥力。金属中约有一半简单金属是抗磁
体\o\。ac根(○,据1)1“经典与”温抗度磁的体关，系它，的抗磁体不又随可温分度为变：化e，q 如它铜的、银随、温金度、变汞化、，锌且等其。大eq小\是o\a前c(者○,2的)21反0～常1抗00磁倍体，，
磁矩（magnetic moment）是表示磁体本质的一个物 理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩m。其方向与 环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形 的面积的乘积IΔS(图5-1)。在均匀磁场中，磁矩受到 磁场作用的力矩J
J＝m×B
(5-4)
式中，J为矢量积，B为磁感应强度，其单位为：
Bm JA Nm m 2 V m 2sW m2 b
定。M可正、可负，由磁体内磁矩矢量和的方向决定，
因而磁化了的磁介质内部的磁感强度B可能大于，也
可能小于磁介质不存在真空中的磁感应强度B0。 现
在讨论H与M的关系。由
B0HM M
可得：
定义 r
001HM来自(5-11)为介质的相对磁导率,则
Mr1H (5-12)
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如果定义
r 1 为介质的磁化率
（magnetic susceptibility），则可得磁化强度与磁场