磁性物理学第一章 物质磁性概述-磁性物理
第01章 磁性物理学
第一章磁性物理学（Lisa Tauxe著，刘青松译）建议补充读物关于基础知识，可以参考Butler (1992)，1－4页；以及大学物理教科书中关于磁学基础的有关章节。
更多信息可参看：Jiles (1992) 和Cullity (1972) 的第一章。
本章中，我们将了解磁学的基本物理基础，我们主要使用基于“米－千克－秒”制的国际单位（SI）系统。
在磁学中，还有另外一些单位系统也是很重要的，其中，最常用的基于cgs系统的电磁单位系统页也将在本章后面介绍。
1.1 什么是磁场？和重力场一样，磁场既看不见也摸不着。
对于地球重力场来说，我们可以通过引力直接感知其存在。
而对于磁场，只有它作用于一些磁性物体时（例如某些被磁化的金属，天然磁石，或者通电的线圈），我们才能确定其存在。
例如，如果我们把一个磁化的针头放在漂于水面的软木塞上，它会缓慢地指向其周围的磁场方向。
再比如，通电的线圈会产生磁场，从而引起其附近的磁针转动。
磁场的概念正是根据这些现象建立起来的。
电流能够产生磁场，因此我们可以借助于电场来定义由其产生的磁场。
图1.1a展示了当导线通以电流i时，其四周铁屑分布的情形。
根据右手法则，右手的大拇指指向电流方向（即正方向，与电子流动方向相反），其它成环状的四指则指示了相应的磁场方向（图1.1b）。
磁场H同时垂直于电流方向和径向单位矢量r（图1.1b），其强度与电流强度i成正比。
如图1.1所示，磁场强度H可以由安培定律给出：因此，磁场强度H的单位为Am-1。
安培定律的最普遍形式服从麦克斯韦电磁方程。
在稳定电场情况下，∇⨯H = J f, 其中J f 是电流密度。
也就是说，磁场的旋度等效于电流场的密度。
1.2 磁矩我们已知电流在其四周产生环绕的磁场。
如果把通电导线圈成一个面积为πr2的圆环（图1.2a），其周围的铁屑则展示了其产生的磁场的形态。
这个磁场等效于一个磁矩为m的磁铁产生的磁场（图1.2b）。
由电流i产生的磁场，其强度和圆环的面积相关（圆环越大，磁矩就越大），即m = iπr2。
物理磁学知识总结归纳
物理磁学知识总结归纳磁学是研究磁力、磁场以及磁性物质性质的学科，它与我们日常生活息息相关。
本文将对物理磁学的基础知识进行总结归纳，以帮助读者更好地理解磁学的相关概念和原理。
一、磁性物质的分类根据物质对磁场的响应，我们可以将物质分为三类磁性物质：铁磁性、顺磁性和抗磁性。
1. 铁磁性物质铁、镍、钴等金属及其合金都属于铁磁性物质。
在外加磁场的作用下，铁磁性物质会产生明显的磁化，且可以保持一定的磁性，直到外加磁场被去除。
2. 顺磁性物质铁磁性物质之外的大部分物质都属于顺磁性物质，如铜、铝等。
顺磁性物质在外加磁场下会被磁化，但其磁性较弱，而且在去掉外加磁场后几乎没有残余磁性。
3. 抗磁性物质抗磁性物质对外加磁场没有磁化的倾向，如金、银等。
它们不但不会被磁场磁化，而且对磁场产生的磁力也很微弱。
二、磁场的基本概念1. 磁感应强度磁感应强度B是磁场的一种量度，用符号B表示。
在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉(T)。
磁感应强度的大小表示了磁场的强弱，具体计算公式是B = F/(IL) ，其中F为通过一段导线所受的磁力，I是电流的大小，L是导线的长度。
2. 磁通量磁通量Φ是磁场的另一种量度，用符号Φ表示。
在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(Wb)。
磁通量的大小表示了单位面积上穿过的磁力线数量，具体计算公式是Φ = BA ，其中B为磁感应强度，A为面积。
3. 磁力磁力是磁场对磁性物质或电流的作用力，用符号F表示。
它与磁感应强度B、电流I以及作用物体的几何形状有关。
根据安培力的法则，磁力与磁感应强度的乘积与作用物体所受的磁通量有关。
三、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了磁场变化时诱导电动势的产生。
根据法拉第电磁感应定律，如果一个线圈或导体在磁场中发生变化，将会产生感应电动势。
其数学表达式为ε = -ΔΦ/Δt ，其中ε表示感应电动势，Φ表示磁通量，t表示时间。
根据法拉第电磁感应定律，我们可以解释一些实际应用，如发电机的原理。
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
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
析
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。
第一章1 磁学的基础知识
本章回顾和总结我们在《电磁学》，《原子物理》 等基础课中已经学习过的有关磁性知识，明确和统一我 们将要用到的相关物理量的定义、符号、单位及相关公 式，建立起我们深入学习的平台；归纳和总结物质磁性 的宏观表现，明确本课程要解决的问题。这些内容都是 最基础的，最常用的，也是大家必须掌握和熟悉的。
1.1
磁性、磁场和基本磁学量
磁场：在场内运动的电荷会受到作用力的物理场。
电磁学给出的定义：(见胡有秋等电磁学p202)
F qv B
F：运动电荷 q 受到的力； q：电荷量； v： 电荷运动速度；
B 称作磁通密度或磁感应强度，是表征磁场方向和大小 的物理量。其单位是 ：特斯拉（T = N· A-1m-1 = Wb· m-2）。 这里和使用电场强度 E 表述电场大小和方向不同的原 因是因为在采用运动电荷受力确定磁场之前，磁场强度 H 这个名字已经被用于其它的定义。在有磁介质存在的情况下， 磁场是传导电流产生的外磁场和介质磁化以后产生的附加 磁场的矢量叠加。而为了方便地表达出有磁介质存在时的磁 场规律，仍保留沿用了已有确切定义的磁场强度概念。
J : 1Gs 4 104 T M :1Gs 103 A m 1
而磁感应强度 B 在两个单位制中的变换是：
B :1Gs 104 T
这是由于两个物理量在两种单位制中的关系不同造成的。 2. 从实用观点看，单位制问题，主要就是两种单位制之间的 换算问题，解决办法就是建立一个换算表。
Wb A1
Wb m2 H m1 A m1
有些文献中两个量的名称不加区别，但我们可以从它 使用的单位中加以区分。
磁性物质在外磁场中磁化，磁化强度 M 和外磁场 强度 H 之间的关系是：
磁学基础知识
K L M
当施加一个磁场在一个原子上时，平行于磁场的角动量也 是量子化的。l 在磁场方向上的分量由磁量子数ml决定 ml = l, l-1, l-2,……0,…..-( l-1), -l 电子自旋量子数 由 ms 决定 共有(2 l +1)个值 1 S 2
磁性物质在磁场中磁化，磁化强度 M 和磁场强度 H 之间的关系是：
M H
该关系中，磁化强度和磁场强度是同量纲的，所以这 里的磁化率是无量纲的，是一个纯粹的数字，但应注意到 由于磁化强度定义为单位体积的磁矩，所以公式中的磁化 率 暗含着单位体积磁化率的意义。 在理论推导和测量中，常常使用另外两种定义： 质量磁化率： m d 是材料的密度（kg﹒m-3）
1.1 磁场、磁性和基本磁学量
磁场：在场内运动的电荷会受到作用力的物理场。 电磁学给出的定义：(见胡有秋等电磁学p202)
F qv B
F：运动电荷 q 受到的力； q：电荷量； v：电荷运动速度；
B 称作磁通密度或磁感应强度，是表征磁场方向和大小的 物理量。其单位是 ：特斯拉（T = N·A-1m-1 = Wb·m-2）。 物质的磁化状态：磁化强度矢量
F B V H
磁化率的正负和大小反映出物质磁性的特征。粗略可以 分为：（通常人们习惯说有磁物质和无磁物质是不科学的） 强磁性物质：>0，例：铁，Fe3O4 弱磁性物质： 顺磁性物质： 0<<<1，例：氧气，铝 抗磁性物质： <0 ，｜ ｜<<1，例：水，铜
磁性被定义为物质在不均匀磁场中会受到磁力作用的一种属 性，显然不能再定义磁场就是使物质受到磁力作用的场，这样相 互定义是不科学的，因此磁场是由在场内运动着的带电粒子所受 到的力来确定的，这种力称作洛伦兹（Lorentz）力，它的作用 是使带电粒子的路径发生弯曲，洛伦兹力的大小正比于电荷量 q, 电荷运动速度 v 和磁通密度 B 的乘积，其方向则垂直于 v 和 B 所形成的平面,它和磁性物质在不均匀磁场中受到的磁力相比， 性质上是完全不相同的，这就避免了又用磁性定义磁场所产生的 问题。 历史上曾用磁荷受力来定义磁场，所以先有了磁场强度的 定义，在确定用运动电荷受力确定磁场后，就只能选用磁通密 度（磁感应强度）来表述磁场了。
磁性物理
磁偶极子的概念失去了存在的
基础。
附录
SI单位制和Gauss单位制的转换 （1）、B：1 G = 10-4 T H：103A/m的H有4π Oe的值， 103/4π A/m=79.577A/m=1 Oe
（2）、磁矩：
在Gauss单位制中0=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）
2、在SI单位制中（依据于分子电流观点），磁场用磁感应
强度B来描述，而磁场强度H只是一个导出量，它存在的惟
一含义就是满足
( L)
H dl
I0
( Linside）
3、在Guass单位制中（依据于磁偶极子观点），磁场用磁 场强度H描述，它是电流和磁性体所产生的磁场强度的矢量 和，而磁感应强度B只是一个引入的辅助量，仅在于满足方
磁极化强度： J m
j
i 1
n mi
n
mi
V
Hale Waihona Puke (Wb m 2 )磁 化 强 度： M =
i=1
Jm 0 M
(A m 1 )
V
磁化强度M (Magnetization): 单位体积内磁偶极子的磁矩矢量和
磁场强度H，磁感应强度B
B 0 ( H M )
附录
一：两种观点的比较（即两种单位制的比较） 1、两种单位制对磁学量的定义来源于两种不同的观点；
1e.m.u (磁偶极矩)＝ 4π ×10-10 Wbm 1e.m.u (磁矩)＝ 10-3 Am2
附录
（3）、磁化强度： Gauss单位制中，磁极化强度（J）与磁化强度（M）相 同，单位：G
J： 1G 4 10 T
4
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；
磁性物理学 课后习题(宛德褔 马兴隆)
磁性物理学课后习题（宛德褔马兴隆）第一章物质磁性概述1.1 在一小磁铁的垂直方向R处，测得它的磁场强度为H，试求这磁铁的次偶极矩j m和磁矩μm。
1.2 垂直板面方向磁化的大薄片磁性材料在去掉磁化场后，它的磁极化强度是1[Wb·m-2]，试计算板中心的退磁场H d等于多少？1.3 退磁因子N d与哪些因素有关? 试证处于均匀磁化的铁磁球形体的退磁因子N d=1/3。
设该球形铁磁体的磁化强度M在球表面面积元ds上可产生磁极dm，在球心有一单位磁极m1，它与dm的作用服从磁的库伦定律。
1.4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，该铁磁体磁化强度为M，试证在缺口处产生的退磁场H d为：H d=-l1l1+l2M第二章磁性起源2.1 试计算自由原子Fe、Co、Ni、Gd、Dy等的基态具有的原子磁矩μJ各为多少？2.2 为什么铁族元素有的有效玻尔磁子数n f的实验值与理论公式n f = g J[J(J+1)]1/2不符合而与公式n f = 2[S(S+1)]1/2较为一致？2.3 何谓轨道角动量冻结现象？2.4 证明g J = 1 + J(J+1)+S(S+1)-L(L+1)2J(J+1)第三章自发磁化理论3.1推导居里-外斯定律x=CT−T P，说明磁化率与温度的关系。
3.2铁（金属）原子的玻尔磁子数为 2.22，铁原子量为55.9，密度为7.86×103 [kg·m-3]，求出在0(K)下的饱和磁化强度。
3.3铁氧体的N型M s(T)曲线有什么特点？试比较抵消点温度T d和居里温度T c 的异同。
3.4 计算下列铁氧体的分子磁矩：Fe3O4, CuFe2O4, ZnFe2O4，CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe12O19和GdFe5O123.5 自发磁化的物理本质是什么? 材料具有铁磁性的充要条件是什么?3.6超交换作用有哪些类型？为什么A-B类型作用最强？3.7 论述各类磁性χ-T的相互关系3.8设图示中的次晶格A-B间的交换作用小于B1-B2次晶格内的交换作用。
磁性物理第一章磁学基础知识
17
磁导率的不同定义： 1、起始磁导率μi 2、最大磁导率μmax
3、复数磁导率 ~
4、振幅磁导率μa
lim i
1
0
H0
B H
max
1
0
B
Hmax
~'i''
a
1
0
Ba Ha
18
5、增量磁导率μΔ
1 0
B H
6、可逆磁导率μrev
revlim H0
所有磁导率的值都是H的函数：
19
第二节 磁化状态下磁体中的静磁能量
4
用环形电流描述磁偶极子：
磁矩：μm iA单位：A ∙m2
二者的物理意义：
表j征m磁偶0μ极m子磁性强弱与方向
o 410－7Hm1
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。
5
二、磁化强度 M (magnetization)
21
即，磁偶极子在磁场中磁位能：
U W Ld m lH sin d
mlH cos c, (取 c 0)
jm H
22
∴单位体积中外磁场能（即磁场能量密度）
FU
V
jm H
V J H
0M H 0M H cos
(J/m 3 )
FH 是各向异性的能量
23
二、退磁场与退磁场能量
d
磁矩为零。在外磁场作用下，电子运
动将产生一个附加的运动（由电磁感
O
T
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。
磁性物理基础
1.1.3 磁场强度 H 与与磁感应强度 B
均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量） 1、H ：静磁学定义 H为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小，方向与 正磁荷在该处所受磁场力方向一致。
F m1 m2 1 H ,F k r , 其中k 3 m r 40
实际应用中，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=（1/2π） 米处，磁场强度即为1A ∙m－1。
lim
H 0
B H
是磁中性状态（H＝0，M＝0）下磁导率的极限值， 在弱场下使用时， μi是一重要参数 2、最大磁导率μmax
max 1 B 0 H max
表征单位H在磁体中感生出最大B的能力。一般而言 磁性体的磁导率就是指这个参数。
3、振幅磁导率 a 磁体在交变磁场（无直流磁场）中被磁化时，在一 定振幅的磁场下，其磁感应强度也有一定振幅 B： a
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 （M）相同，单位：G
• 应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫
生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域 已成为不可缺少的组成部分。 • 信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能 化方向发展;要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、
高速度,而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。
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 注意：只有B、H、M相互平行时， χ μ为标量，否则 为张量。
磁性物理学课件一讲义
40 r d cos / 2 r d cos / 2
md
40r2
cos
jm
40r2
cos
H (电场强度 E)
Hr H r410 2jm rc3 os
H 1 r H 410 jmr s3in
特例： =0， H =0, H rjm/2 0r3H =/2， H r =0, H jm/4 0r3H
磁性物理学 综述，绪论
王登京
极 地 光
一、磁学与磁性材料的发展史
蚩示是兵蚩於帝指 尤四作士尤涿。南 。方指皆作鹿與車
，南迷大之蚩起 遂車，霧野尤於 擒以於，，戰黃
也南人鬼 。，取谷 」為玉子
其，云 不必： 惑載「
司鄭
‧ ‧
晋 《 古 今 注 》
（《
梁宋
沈書
約禮
撰 ）
志 》
其之余常缀新坠可水南
3. 交换作用模型：
4. 局域电子模型和巡游电子模型：
5. 自旋涨落理论：
当前磁学发展的一些方向：
1、新一代永磁材料研究； 2、新型磁记录材料研究； 3、生物磁性研究； 4、超微结构领域磁性研究 5、磁电子学
二、学习内容和研究方法
目的：初步掌握磁学的基本知识；理解各类
物质磁性的起源和微观机理；理解强磁性物质 有关的永磁现象，磁结构及其相关理论；了解 磁性在现代技术中的应用，提高物质磁性的途 径。为开发新型磁性材料打下良好的基础。
需要基础和相关领域知识： 电磁学，原子物理学，量子力学，热力学和统计物理，固体物理
参考书： 磁性物理 宛德福 编
铁磁学（上、中册）戴道声等 编 铁磁性物理 近角聪信 编 Modern magnetic materials Robert C. O’Handley
磁性物理复习资料
磁性物理复习资料引言磁性物理是研究物质中的磁性行为和相应物理机制的学科。
它涵盖了磁性材料的性质、磁性现象的产生原因以及磁场的作用等方面内容。
在这份磁性物理复习资料中，我们将回顾一些重要的概念、理论和应用，帮助您全面了解和掌握磁性物理的基础知识。
一、基本概念1.1 磁性的定义磁性是指物质在外加磁场作用下产生磁化现象的性质。
根据物质在磁场中的行为，可以将物质分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三类。
1.2 磁化强度和磁化率磁化强度是衡量物质磁化程度的物理量，表示为M。
磁化率是描述物质对外加磁场响应的能力，表示为χ。
1.3 磁性材料分类磁性材料可分为软磁性材料和硬磁性材料两类。
软磁性材料具有较强的磁导率和低的矫顽力，主要应用于电磁器件中。
硬磁性材料具有较高的矫顽力，可用于制作磁体和磁记录材料等。
二、磁化过程和磁场效应2.1 磁化过程磁化过程是指物质在外加磁场作用下由无序磁矩转变为有序磁矩的过程。
根据磁化过程的不同，可将磁性材料分为顺磁性材料和铁磁性材料。
2.2 磁场效应在磁场中，物质的磁化会受到磁化强度、磁化率和外加磁场强度等因素的影响。
磁场效应包括磁场强度对磁化强度的影响、磁场强度对磁化率的影响以及磁场与物质相互作用的效应。
三、磁性现象和物理机制3.1 磁化导致的现象磁化材料在磁场中会产生一系列磁性现象，例如磁滞现象、磁化曲线和磁滞损耗等。
了解这些现象有助于我们理解磁性材料的性质和应用。
3.2 磁性物理机制磁性物理机制主要包括电子自旋磁矩、电子轨道磁矩和核子磁矩等。
这些磁矩在磁场中会受到外加磁场力的作用，从而导致物质的磁性行为。
四、磁性材料的应用4.1 磁性材料在电子器件中的应用磁性材料在电子器件中具有广泛的应用，例如磁头、变压器、电感器等。
这些器件的工作原理和性能与材料的磁性密切相关。
4.2 磁性材料在电力工程中的应用磁性材料在电力工程中也扮演着重要角色，例如电机、发电机和传感器等。
磁性材料的选择和设计对电力工程的性能和效率有着重要影响。
高中物理磁学知识点总结
高中物理磁学知识点总结磁学是物理学中的一个重要分支，研究物体间的磁性相互作用和磁学现象。
在高中物理学习中，磁学是一个重要且难以理解的内容。
本文将对高中物理磁学的知识点进行总结，以帮助学生更好地理解和掌握这一部分知识。
1. 磁性物质磁性物质是指能够在外磁场的作用下表现出磁性的物质。
常见的磁性物质有铁、钴、镍等。
磁性物质可以被分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三种类型。
2. 磁场和磁力线磁场是指磁铁或电流所产生的一种特殊物理场。
磁力线是磁场的可视化表示，它们形状上类似于一束束的曲线，表示磁场的方向和强度。
3. 磁场的表示方法磁场可以通过矢量图来表示，矢量的方向表示磁场的方向，矢量的长度表示磁场的强度。
磁感应强度B是矢量B的大小，它的单位是特斯拉(T)。
4. 安培环路定理安培环路定理又被称为安培定律，它描述了在闭合回路中，磁场B对回路上的线积分的结果等于回路内部的总电流I乘以真空中的磁导率μ0。
5. 洛伦兹力洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力。
当一个带电粒子以速度v进入磁场时，它会受到一个与速度垂直的力，该力的大小为F=qvBsinθ，其中q是带电粒子的电荷，B是磁感应强度，θ是速度与磁场方向之间的夹角。
6. 力矩力矩是指在物体上旋转力的作用下，产生转动效果的物理量。
在磁学中，力矩可用于描述磁场对磁矩的作用，磁矩受力矩的大小为τ=μBsinθ，其中μ是磁矩的大小，B是磁感应强度，θ是磁矩与磁场之间的夹角。
7. 磁感应强度的计算磁感应强度B由公式B=μ0H计算得出，其中H是磁场强度，μ0是真空中的磁导率，它的值为4π×10^-7 T·m/A。
8. 电磁感应电磁感应是指通过磁场的变化引起电场的现象。
法拉第电磁感应定律是描述电磁感应现象的基本定律，它指出当磁通量的变化率与线圈的匝数相乘时，感应电动势会在线圈中产生。
9. 楞次定律楞次定律是描述电磁感应的方向规律，它表明当感应电动势产生时，根据能量守恒的原理，电流的方向会使磁场的变化阻碍这种变化产生的原因。
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1.77 39.95 0.85
-28.0
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10-6 cm3·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。
深入研究发现，典型抗磁性是轨道电子在外磁场中受到电 磁作用而产生的，因而所有物质都具有的一定的抗磁性，但只 是在构成原子（离子）或分子的磁距为零，不存在其它磁性的 物质中， 才会在外磁场中显示出这种抗磁性。在外场中显示抗 磁性的物质称作抗磁性物质。除了轨道电子的抗磁性外，传导 电子也具有一定的抗磁性，并造成反常。
FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS
反常抗磁性物质：Bi,Ga,Zn,Pb,磁化率与磁场、温度有关。
广义地说，超导体也是一种抗磁性物质，=-1 ，它的机理 完全不同，不在我们讨论之内。
见姜书p25
CGS单位制克分子磁化率
体积磁化率
密度 原子量 ×10-6
ρn
-1.9
0.205 4
0.097
-7.2
1.51 20.18 0.43
-19.4
（3）、磁化强度： Gauss单位制中，磁极化强度（J）与磁化强度（M）相
同，单位：G
J： 1G4104T
M：1G103Am1
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）
MH，M
H 其中称为磁体的磁化率(susceptibility)，是单位磁场强度 H在磁体内感生的M，表征磁体磁化难易程度的物理量
上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴 起，又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化 之中。
1. 抗磁性（Diamagnetism)
这是19世纪后半叶就已经发现并研究的一类弱磁性。它的 最基本特征是磁化率为负值且绝对值很小，<0， <<1
显示抗磁质在外磁场中产生的磁化强度和磁场反向，在不均匀 的磁场中被推向磁场减小的方向，所以又称逆磁性。典型抗磁 性物质的磁化率是常数，不随温度、磁场而变化。有少数的反 常。
1
er 40
2 jm cos
r3
e
1
4 0
jm sin
r3
H沿r 方向及使θ 角增加方 向的分量计算：
Hr H
1
4 0
1
4
0
2
jm jm
cos
r3
sin
r3
0o , H
Hr
1
40
2 jm r3
90o , H H
1
40
jm r3
：在从－m到＋m的位移 矢量延长线上
：在l的中垂面上
一些抗磁性金属在20℃时的克分子磁化率（CGS单位）：
(1 0 6 )
(1 0 6 )
见冯索夫斯基《现代磁学》(1953) p74
2. 顺这磁是性1（9世Pa纪ra后ma半gn叶et就ism已）经发现并研究的另一类弱磁性。 它的最基本特征是磁化率为正值且数值很小，0<<<1。
顺磁性物质的磁化率是温度的函数，服从居里定律或居里外斯（Curie-Waiss)定律。
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,
基础。
附二：SI单位制和Gauss单位制的转换
（1）、B：1 G = 10-4 T H：103A/m的H有4π Oe的值， 103/4π A/m=79.577A/m=1 Oe
（2）、磁矩：
在Gauss单位制中0=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 Wbm 1e.m.u (磁矩)＝ 10-3 Am2
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；
diff
1
0
dB dH
NOTE：所有磁导率都是磁场强度H的函数
第二节 物质按磁性分类
Classification of Magnetic Materials
一. 物质磁性的分类
为了方便研究物质磁性的起因，我们可以按其在磁场 中的表现把物质进行分类， 例如依据磁化率的正负、大小 及其与温度的关系来进行分类，分类是否科学取决于是否 反映了内在磁性机理上的不同。随着研究的深入，分类也 在不断完善和细化，到上个世纪 70 年代为止，在晶状固 体里，共发现了五种主要类型的磁结构物质，它们的形成 机理和宏观特征各不相同，对它们的成功解释形成了今天 的磁性物理学核心内容。
divB = 0。
从物理的角度来看到底哪一种观点更加合理、更加接近于 物质磁性起源的真实情况呢？
从目前来看，视乎分 子电流的观点更接近
于真实情况
a、电子的轨道磁矩来自电子的 轨道电流，支持分子电流的观
点； b、狄拉克(Dirac)虽然从理论上 预言了“磁单极”的存在，但 至今没有发现“磁单极”，使 磁偶极子的概念失去了存在的
第一章 磁性概述
第一节 基本磁学量 第二节 磁性材料分类 第三节 强磁材料的宏观磁性
第一节 基本磁学量
Basic Physical Quantity of Magnetism
一、磁矩m (Magnetic Moment)
永磁体总是同时出现偶数个磁极
当磁体无限小时，体系定义为元磁偶极子：指强度相等， 极性相反并且其距离无限接近的一对“磁荷”
2、在SI单位制中（依据于分子电流观点），磁场用磁感应
强度B来描述，而磁场强度H只是一个导出量，它存在的惟
一含义就是满足 H dl I0
(L)
(Linside）
3、在Guass单位制中（依据于磁偶极子观点），磁场用磁场
强度H描述，它是电流和磁性体所产生的磁场强度的矢量和，
而磁感应强度B只是一个引入的辅助量，仅在于满足方程
磁感应强度B的定义可由 安培公式得出：
d F Id l B
根据安培环路定理可定 义磁场强度H：
B H M
0
H为导出量，仅用于计算传导电流所产生的磁场，不能代表磁场强度与外界发生作用
B、Guass单位制（绝 对电磁单位制）：早年使 用的单位制，所有的磁学 量都是通过磁偶极子的概 念建立起来的
其中磁化强度M被定义为：
O2,有机物中的双自由基等
3. 铁磁性（Ferromagnetism)
这是人类最早发现并利用的强磁性，它的主要特征是：
1. >>0，磁化率数值很大， 100 105
2. 磁化率数值是温度和磁场的函数；
3. 存在磁性转变的特征温度——居里温度TC，温度低于居里 温度时呈铁磁性，高于居里温度时表现为顺磁性，其磁化
（3）、无限长直流螺线管：
HnI
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 (magnetic flux density):
预备知识：SI (MKSA) 单位制和Gauss (CGS) 单位制
A、SI单位制：主要磁 学量都用电流的磁效应来定 义，其中磁感应强度B为主 导量（凡涉及到与其他物理 量的相互作用，都必须使用 B）
弱磁！
文献中也常绘成磁化率倒数和温度关系： （见应用磁学P9）
1磁
化 率
表
现
复
杂
Tp
TC
T (K )
铁磁性 TpTC
低温下表现为反铁磁性的物质，超过磁性转变温度
（一般称作Neel温度）后变为顺磁性的，其磁化率温度关
系服从居里-外斯定律： 注意与铁磁性的区别！
= C T Tp
反铁磁物质主要是一些过渡族元素的氧化物、卤化物、 硫化物， 如：
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：
率温度关系服从居里-外斯定律。
C
4. 在居里温度附近出现比热等性质的反常。
T Tp
5. 磁化强度M和磁场H之间不是单值函数，存在磁滞效应。
构成这类物质的原子也有一定的磁矩，但宏观表现却完 全不同于顺磁性，解释铁磁性的成因已成为对人类智力的最 大挑战，虽然经过近100年的努力已经有了比较成功的理论， 但仍有很多问题有待后人去解决。
+m l -m
磁偶极矩：jm ml
方向：-m指向+m
单位：Wb∙m
比磁化强度σ（单位质量磁体内具有的磁矩矢量和）
1n
Vi 1
m iM (A m 2k g -1 )
三、磁场强度 H 与磁感应强度 B
物理意义：均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量） 1、磁场强度H (magnetic intensity)：(静磁学定义) 为单