第四章材料的磁学性能

1e.m.u(磁矩）＝10－3Am2
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磁导率
绝对磁导率 µ 相对磁导率 µr= µ/µ0 起始磁导率 µi （H接近于0） 复数磁导率 µ
'j"
磁导率
有效磁导率、永久磁导率、表观磁导率、振幅磁 导率、可逆磁导率、切变磁导率、脉冲磁导率、 最大磁导率、等等。
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➢角动量和磁矩在空间都是量子化的,它们在外磁场方 向的分量不连续,只能有一组确定的间断值，这些间断 值取决于磁量子数ml，
(pl)H ml (l)HmlB
l0,1,2, ,n1 共n个可能值
m l 0,1,2, ,l 共2l＋1个可能值
l l pl
l
e 2m e
此处γl为轨道磁力比
的单位为H/m。
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在真空中,磁感应强度为
式中B0为0 真空0磁H导率。
它是一个普适常数,
其值: 4π×10-7 单位: H（亨利）/m。
对于一般磁介质,无外加磁场时,其内部各磁矩的取向不 一,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2示021/磁2/11性,这就叫磁化。
磁感应强度B 表示材料在外磁场 H的作用下在材料 内部的磁通量密度。
B的单位: T 或
Wb/m2
在许多场合,确定磁场效应的 量是磁感应强度B,而不是磁 场强度H
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磁场强度和磁感应强度的 关系为
B H
式中的 为磁导率,是材料
的特性常数。表示材料在 单位磁场强度的外磁场作 用下,材料内部的磁通量密 度，只和介质有关，表征 磁体的磁性、导磁性及磁 化难易程度。
3）原子核磁矩。
原子核磁矩的值很小,一般可以忽略不计。
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电子轨道磁矩
原子内的电子运动服从量子力学规律,由电子轨道运动产 生的动量矩应由角动量来代替,角动量是量子化的。
当电子运动状态的主量子数为n时，角动量由角量子数l 来确定，角动量pl的绝对值为:
pl l(l1)
l的可能值为： l0,1,2, ,n1
也大。 磁矩只与物体本身有关,与外磁场无关。 和磁偶极矩具有相同的物理意义,但μm和jm各
有自己的单位和数值,有如下关系
jm 0m
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磁场强度
磁场强度H
如果磁场是由长度为l, 电流为I的圆柱状线圈 （N匝）产生的,则
H NI l
H的单位为A/m
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Байду номын сангаас
磁感应强度
相对磁导率r
➢相对磁导率定义
材料的磁导率与真空磁导率0之比
r
0
r为无量纲的参数
➢磁化率χ与相对磁导率之间的关系:
r 1
Χ和只有当B、H、M三个矢量互相平行时才为标量,否则,它们为 张量。
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磁化状态下的磁体中的静磁能量
磁场作用能量
FH0M•H
磁体受到外磁场作用所具有的磁场能量密度。
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电子自旋磁矩
证明电子具有自旋的实验由斯特恩-盖拉赫 （Stern-Gerlah）作出。
电子自旋角动量取决于自旋量子数s,
磁矩
– “磁”来源于“电”。
– 任何一个封闭的电流都具有磁矩μm。 – 磁矩定义为
m ISn – 式中: μ m为载流线圈的磁矩,n为线圈平面的法
线方向上的单位矢量,S为线圈的面积，I为线圈 通过的电流。单位为A·m2 磁偶极子产生的偶极矩为jm ,
jm ml
2021/2/单11 位为Wb·m
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磁学单位
除了SI单位制以外,还有一种高斯（Gauss）单
位制,当使用高斯单位制时，磁感应强度的表
达式为
BH4M
这里,B的单位为高斯G,磁场强度H的单位为奥斯特 Oe。磁性常数（真空磁导率）为1，单位是G/ Oe M是磁极密度，4πM 是磁通线的密度。
1G＝10－4T;1Oe＝103/4π=79.577A/m
在均匀磁场中,磁矩受到磁场作用的力矩JF
JF mB
JF为矢量积,B为磁感应强度,其单位为Wb/m2 ,Wb (韦伯) 是磁通量的单位。
磁矩在磁场中所受的力 ,对于一维为:
FX＝m
dB dx
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磁矩的意义
表征磁偶极子磁性强弱和方向的一个物理量。 磁矩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
了解磁记录材料,磁储存材料,硬软磁材料 及其应用。
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磁性材料
磁性材料包含
– 金属基材料 – 无机材料(含铁及其他元素的复合氧化物,通常称为
铁氧体) – 纳米材料（纳米材料的磁性有其特殊性）
磁性材料的分类
–软磁材料 –硬磁材料
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5.1基本磁学概念
物质的磁性来源:电子的运动以及原子、电子内部的永久 磁矩。
第五章 材料的磁学性能
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纳米磁硫体
磁流体密封
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2021/2/11 稀土永磁材料:钕铁硼合金
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学习内容
掌握材料磁性本质,熟悉磁畴,磁滞回线， 磁导率等概念。
熟悉表征材料磁学性能的物理量的公式 表达及物理意义, 熟悉铁磁体及磁滞回线。
磁畴与技术化理论中经常用到
退磁场能量
Fd0M0HddM ＝ 1 20NM 2
2021N/2/为11 退磁因子,Hd为退磁场
H＝H0+Hd
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磁性起源
材料的宏观磁性来源于原子磁矩
原子磁矩的来源:
1)电子围绕原子核的轨道运动,产生一个非常小的磁场,形 成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩;
2)每个电子本身自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的自 旋磁矩;
h 2
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h为普朗克常数
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量子化情况下,对应于角动量的磁矩 为
l
l(l1) e 2me
令
B
eh
4me
式中 B称为玻尔(Bohr)磁子,作为电子磁矩的单位,
它有确定值为9.27×10-24Am2
l l(l1)B
当电子处于l＝0,即s态时,角动量与轨道磁矩都为零。
当l不为0时，电子轨道磁矩不是玻尔磁子的整数倍。
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磁化强度M
➢ 磁化强度M
在外磁场H的作用下,磁体被磁化的方向和强度。表征
物质被磁化的程度。其值等于单位体积材料中具有的
磁矩矢量和。
M m
V
➢M的大小与外磁场强度成正比
B 0 (M H )0 rH
M H(r1)Hχ叫做磁化率,仅与磁介质性
质有关,反映材料磁化的能
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力，也是无量纲参数