材料磁学性能
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atoms)
第14页/共105页
7.2.1 电子和原子核的磁矩 (magnetic moments of
electrons and atomic nucleus)
第15页/共105页
从本质上说，一切材料的磁性都来源于电荷的运 动（或电流）。 材料的磁性源于原子（小磁铁）的磁性。
原子的磁矩来源于电子的运动和原子核的自旋。
第18页/共105页
当磁偶极子与外磁场方向成一定角度时它将受到 磁场力的作用产生转矩，转矩力图使磁偶极矩 Pm处于能量最低方向。
磁偶极矩与外磁场的作用的势能称为静磁能
U＝－Pm·H＝－PmHcos
其中是Pm与H的夹角。
外磁场作用下磁场力 的作用转矩有使磁偶 极矩处于能量最低状 态的趋势。
第19页/共105页
成反比。
3．铁磁体： >0且很大，可达106数量级，与外
磁场呈非线性关系。 在点高或于居某里一温临度界。温 外度 磁场Tc变消成失顺仍磁保体留，一定Tc的称磁为化居率里 如Fe，Co，Ni，Y，Dy及其某些合金等。
第12页/共105页
4．亚铁磁体： >0，与铁磁体类似，但 小些。
如磁铁矿，铁氧体等。 磁化率不如铁磁体高，但其电阻大，产生的涡 流损耗小，适于制作电导率低的磁性材料。
所以
0
1
r
1
——绝对磁导率、相对磁导率r、和磁化率都
是描述材料在外磁场下磁化能力的物理量，他们 之间有固定的关系，知道其中的一个即可求出另 外的两个。
第9页/共10源自文库页
7.1.2 材料磁化的分类 (classification of material
magnetization)
第10页/共105页
第7页/共105页
磁化强度M用单位体积内的磁矩多少来衡量，即
其中V为材料的体积，m为其中磁矩的矢量和。
外磁场强度H增大，则材料的磁化强度增大
M=H
其中称为材料的磁化率，即单位磁场强度可引
起的材料的磁化强度，是一个无量纲的量。
定义
r
0
为材料的相对磁导率，r也是无量纲的。可推导 第8页/共105页
B=H=0H+0M=0H+0H＝0(1+)H
B k Fmax qv
q：磁场中运动电荷的电量；v：电荷的运动速度； Fmax：电荷在磁场中所受的最大力，出现在电荷 运动速度与磁场方向垂直时；k：比例系数
第4页/共105页
国际单位制中通过选择合适的单位使k=1，则 B Fmax qv
单位：F为牛顿(N)，q为库仑(C)，v为米／秒 (m/s)，B为特斯拉(T)。
magnetic properties of materials)
第3页/共105页
人类最早认识的磁现象：磁石吸铁、指南北、分 磁极、磁偏角。磁针——以磁石使铁针磁化。
划时代的伟大发现——1820年，奥斯特，电流能 在周围空间产生磁场，首次将电与磁联系起来。
磁力——通过磁场传递。 磁场——通过对载流导体或运动电荷有力的作用 体现出来的——定义磁场中一点的磁感应强度
5．反铁磁体： >0，且在低温时与磁场方向有
关，在高温时与顺磁体相同。 如-Mn，MnO，Cr2O3，Cr, CoO, ZnFeO4等。
铁磁体和亚铁磁体称为强磁体；抗磁体、顺磁体 和反铁磁体称为弱磁体，通常磁性材料为强磁体。
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7.2 孤立原子的磁矩 (Magnetic moment of isolated
电介质中的电场强度E为真空中的电场强度E0和 由于电极化而产生的附加电场强度E之和
如 场果 的磁 强场 度在H可真由空下中式形确成定的：磁感应强度为B0，则磁
B0=0H 0：真空磁导率（真空透磁率） 0=410-7亨利／米(H/m)
H——描述磁场的一个重要的物理量，无论在真 空或在磁介质中，H只表征传导电流的磁场特征， 与磁介质无关。
7．1 材料磁性能的表征参量和材料 磁化的分类
(Character parameters of magnetic properties of materials and classification of material magnetization)
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7.1.1 材料磁性能的表征参量 (Character parameters of
B是矢量，其方向是磁场方向，规定为该点所放 的小磁针平衡时N极所指的方向。
磁介质在磁场中发生磁化而影响磁场，所以磁介
质中的磁感应强度B等于真空中的磁感应强度B0 和由于磁介质磁化而产生的附加磁感应强度B之 和，即
B=B0+B
第5页/共105页
——磁感应强度B描述的是传导电流的磁场和磁 介质中磁化电流的磁场的综合场的特性。
根据材料 的磁化率， 将材料分 为五类
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1. 抗磁体：<0且绝对值很小，在10-6数量级。
约一半金属是抗磁体，如Cu，Ag，Au，Hg， Zn、Bi、Ga、Sb、Sn、In等。
2．顺磁体： >0，在10-3～10-6数量级。
如奥氏体， Pt，Pd，Li，Na，K，Rb等。
顺磁体的另一特征是其磁化率一般与绝对温度
实际上磁极总是以正负对的形式存在，目前尚 未发现单独存在的磁极。 （此句要修正——《Science, 2009,9,3》）
将相互接近的一对磁极＋q和－q称为磁偶极子 真空中，单位外磁场作用在相距d的磁偶极子上
的最大的力矩 Pm＝qd
称为该磁偶极子的磁偶极矩（磁动量）。
磁表偶示极，矩即与真空磁导率0的比值称为磁矩，用m m=Pm/0
第6页/共105页
将材料放入磁场强度为H的自由空间，则材料中 的磁感应强度
B=H 其中称为材料的磁导率或绝对磁导率。
所以
B=B0+B=0H+0M=0(H+M)
其中M称为材料的磁化强度，其物理意义为材料 在外磁场中被磁化的程度。
——材料内部的磁感应强度可看成材料对自由
空部分间场的叠反加应而0成H和。磁化引起的附加磁场0M两
电子轨道磁矩 原子的磁矩 电子自旋磁矩
原子核自旋磁矩
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1. 磁矩
与电荷类似，将磁荷定义成磁的基本单位。两磁 极若分别有q1和q2磁荷的磁极强度，则其作用力
F
k
q1q2 r2
其中r为磁极间距，k为比例常数。 磁极q在外磁场中要受到力的作用，且有该力
F=qH 其中H为外磁场的强度。
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7.2.1 电子和原子核的磁矩 (magnetic moments of
electrons and atomic nucleus)
第15页/共105页
从本质上说，一切材料的磁性都来源于电荷的运 动（或电流）。 材料的磁性源于原子（小磁铁）的磁性。
原子的磁矩来源于电子的运动和原子核的自旋。
第18页/共105页
当磁偶极子与外磁场方向成一定角度时它将受到 磁场力的作用产生转矩，转矩力图使磁偶极矩 Pm处于能量最低方向。
磁偶极矩与外磁场的作用的势能称为静磁能
U＝－Pm·H＝－PmHcos
其中是Pm与H的夹角。
外磁场作用下磁场力 的作用转矩有使磁偶 极矩处于能量最低状 态的趋势。
第19页/共105页
成反比。
3．铁磁体： >0且很大，可达106数量级，与外
磁场呈非线性关系。 在点高或于居某里一温临度界。温 外度 磁场Tc变消成失顺仍磁保体留，一定Tc的称磁为化居率里 如Fe，Co，Ni，Y，Dy及其某些合金等。
第12页/共105页
4．亚铁磁体： >0，与铁磁体类似，但 小些。
如磁铁矿，铁氧体等。 磁化率不如铁磁体高，但其电阻大，产生的涡 流损耗小，适于制作电导率低的磁性材料。
所以
0
1
r
1
——绝对磁导率、相对磁导率r、和磁化率都
是描述材料在外磁场下磁化能力的物理量，他们 之间有固定的关系，知道其中的一个即可求出另 外的两个。
第9页/共10源自文库页
7.1.2 材料磁化的分类 (classification of material
magnetization)
第10页/共105页
第7页/共105页
磁化强度M用单位体积内的磁矩多少来衡量，即
其中V为材料的体积，m为其中磁矩的矢量和。
外磁场强度H增大，则材料的磁化强度增大
M=H
其中称为材料的磁化率，即单位磁场强度可引
起的材料的磁化强度，是一个无量纲的量。
定义
r
0
为材料的相对磁导率，r也是无量纲的。可推导 第8页/共105页
B=H=0H+0M=0H+0H＝0(1+)H
B k Fmax qv
q：磁场中运动电荷的电量；v：电荷的运动速度； Fmax：电荷在磁场中所受的最大力，出现在电荷 运动速度与磁场方向垂直时；k：比例系数
第4页/共105页
国际单位制中通过选择合适的单位使k=1，则 B Fmax qv
单位：F为牛顿(N)，q为库仑(C)，v为米／秒 (m/s)，B为特斯拉(T)。
magnetic properties of materials)
第3页/共105页
人类最早认识的磁现象：磁石吸铁、指南北、分 磁极、磁偏角。磁针——以磁石使铁针磁化。
划时代的伟大发现——1820年，奥斯特，电流能 在周围空间产生磁场，首次将电与磁联系起来。
磁力——通过磁场传递。 磁场——通过对载流导体或运动电荷有力的作用 体现出来的——定义磁场中一点的磁感应强度
5．反铁磁体： >0，且在低温时与磁场方向有
关，在高温时与顺磁体相同。 如-Mn，MnO，Cr2O3，Cr, CoO, ZnFeO4等。
铁磁体和亚铁磁体称为强磁体；抗磁体、顺磁体 和反铁磁体称为弱磁体，通常磁性材料为强磁体。
第13页/共105页
7.2 孤立原子的磁矩 (Magnetic moment of isolated
电介质中的电场强度E为真空中的电场强度E0和 由于电极化而产生的附加电场强度E之和
如 场果 的磁 强场 度在H可真由空下中式形确成定的：磁感应强度为B0，则磁
B0=0H 0：真空磁导率（真空透磁率） 0=410-7亨利／米(H/m)
H——描述磁场的一个重要的物理量，无论在真 空或在磁介质中，H只表征传导电流的磁场特征， 与磁介质无关。
7．1 材料磁性能的表征参量和材料 磁化的分类
(Character parameters of magnetic properties of materials and classification of material magnetization)
第2页/共105页
7.1.1 材料磁性能的表征参量 (Character parameters of
B是矢量，其方向是磁场方向，规定为该点所放 的小磁针平衡时N极所指的方向。
磁介质在磁场中发生磁化而影响磁场，所以磁介
质中的磁感应强度B等于真空中的磁感应强度B0 和由于磁介质磁化而产生的附加磁感应强度B之 和，即
B=B0+B
第5页/共105页
——磁感应强度B描述的是传导电流的磁场和磁 介质中磁化电流的磁场的综合场的特性。
根据材料 的磁化率， 将材料分 为五类
第11页/共105页
1. 抗磁体：<0且绝对值很小，在10-6数量级。
约一半金属是抗磁体，如Cu，Ag，Au，Hg， Zn、Bi、Ga、Sb、Sn、In等。
2．顺磁体： >0，在10-3～10-6数量级。
如奥氏体， Pt，Pd，Li，Na，K，Rb等。
顺磁体的另一特征是其磁化率一般与绝对温度
实际上磁极总是以正负对的形式存在，目前尚 未发现单独存在的磁极。 （此句要修正——《Science, 2009,9,3》）
将相互接近的一对磁极＋q和－q称为磁偶极子 真空中，单位外磁场作用在相距d的磁偶极子上
的最大的力矩 Pm＝qd
称为该磁偶极子的磁偶极矩（磁动量）。
磁表偶示极，矩即与真空磁导率0的比值称为磁矩，用m m=Pm/0
第6页/共105页
将材料放入磁场强度为H的自由空间，则材料中 的磁感应强度
B=H 其中称为材料的磁导率或绝对磁导率。
所以
B=B0+B=0H+0M=0(H+M)
其中M称为材料的磁化强度，其物理意义为材料 在外磁场中被磁化的程度。
——材料内部的磁感应强度可看成材料对自由
空部分间场的叠反加应而0成H和。磁化引起的附加磁场0M两
电子轨道磁矩 原子的磁矩 电子自旋磁矩
原子核自旋磁矩
第16页/共105页
1. 磁矩
与电荷类似，将磁荷定义成磁的基本单位。两磁 极若分别有q1和q2磁荷的磁极强度，则其作用力
F
k
q1q2 r2
其中r为磁极间距，k为比例常数。 磁极q在外磁场中要受到力的作用，且有该力
F=qH 其中H为外磁场的强度。
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