第1章磁学与磁性材料基础知识
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第一章 磁学基础知识
磁矩 磁化强度M
★ 静磁现象
磁场强度H和磁感应强度B
磁化率和磁导率 退磁场
静磁能
★ 材料的磁化
磁化曲线
磁滞回线 物质的磁性分类
★ 磁性与磁性材料的分类
磁性材料分类
1
1.1 静磁现象
▼磁场 电荷周围存在电场，可以用电力线来表示
电荷之间存在相互作用
q1q2 F k 2 r
那么磁场呢？是否有和电场相似的性质呢？
H
10
▼退磁场
材料被磁化时，两端的自由磁极会产 生与磁化反方向的磁场，即退磁场
M
H d NM
，N为退磁因子
仅与材料形状有关
Hd
只有具有高对称性的简单体可以求出N的大小：
细 长 圆 柱 体 N=1/2
球形体
无限大平板
N=1/3
N=1
11
▼静磁能
磁场中的磁体受到力的作用，力矩为：
L Fl sin mlH sin
永 磁 材 料 磁 光 效 应 材 料
软 磁 材 料 磁 致 伸 缩 材 料 磁 致 电 阻 材 料
特 磁 材 料 磁 致 冷 材 料
…
18
19
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；
3
▼磁偶极子和磁矩
如果一个小磁体能够用无限小的电流回路 来表示，我们就称为磁偶极子。用磁偶极 矩jm表示：
(BH)的最大值为最大磁能积(BH) max
15
1.3 磁性和磁性材料分类
▼物质的磁性分类 按磁化率的大小，可将物质磁性分为五个种类：
★抗磁性
★顺磁性 ★反铁磁性 ★铁磁性 ★亚铁磁性
普遍性
c
d
0
且绝对值也很小
C 0 T TP
遵守居里-外斯定律：c P 存在奈尔温度 TN
c
f
0
绝对值很大，存在 TC
9
在不同的磁化条件下，磁导率被分为以下四种： (1)起始磁导率 ：
i
1
0
B H 0 H lim
(2)最大磁导率： 1 B H (3)增量磁导率：
max 0
B
max
max
B H
0
1 B H
0
i
(4)可逆磁导率：
rev
lim
H 0
无限长载流螺线管的磁场强度 H＝n I
8
▼磁化率和磁导率
磁化强度M和磁场强度H存在如下关系： M＝c H 或 c＝M/H c称为磁体的磁化率，表征磁体磁性强弱的参量。 由此 B=0(H+c H)0(1+c)H 定义＝（1＋c）为相对磁导率，即＝B/ 0 H。 磁导率是表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易程度 的磁学量。
Jm
j
V
m
Wb 2 m
单位体积磁体内磁偶极子具有的磁矩矢量和称为磁化强度， 用M表示。
M
V
m
A 1 m
J m和M亦有如下关系：
Jm=µ M 0
5
磁化强度可以看成是磁偶极子的集合
磁化强度又可以看成是闭合电流环的集合
6
▼磁场强度H和磁感应强度B 磁场中的磁极会受到力的作用，表示为： F=m H， m为磁极强度
+m
i
jm=ml
m为磁极强度
与磁偶极子等效的平面回路的电流和回路 面积的乘积定义为磁矩，用µ 表示： m
-m
l
µ m
i
µ =i· S m
S
磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义，存在关系：
jm=µ µ 0 m
µ =4π×10-7H· -1 ，真空磁导率 m ， o
4
▼磁化强度M
定义单位体积磁体内磁偶极子具有的磁偶极矩矢量和称为 磁极化强度，用Jm 表示；
m
c
0
绝对值比铁磁体稍低， Байду номын сангаас磁结构却不同
16
五种磁性材料的基本磁结构
e Hex （a）抗磁性 （b）顺磁 性
A
Wii Wij B
A
WAA WAB
Wii
WBB
B
（c）反铁磁性
（d）铁磁性
（e）亚铁磁性
17
▼磁性材料分类
磁 性 材 料
信 磁 材 料 磁 记 录 材 料 磁 存 储 材 料 磁 微 波 材 料
具有的能量密度为：
FH 0 MH cos
高能量态 F=mH F=mH H l 低能量态
-m
H
+m F=mH
F=mH
12
1.2 材料的磁化
▼磁化曲线
磁化曲线是表示磁感应强度B和磁化强度M与磁场强度H之间的非线性关系
图为铝镍钴合金的磁化曲线
13
▼磁滞回线 Br，Mr表示剩磁
M=0时的矫顽力， 称为内禀矫顽力
定义磁场强度H：单位强度的磁场等于单位磁极受到1牛 顿的力。 在更多场合，确定场效应的量是磁感应强度B（磁通 密度）。在SI单位制中，B的定义为： B＝ µ （H＋M） o
7
应用中常用电流来产生磁场，有以下三种形式： 无限长载流直导线的磁场强度 H＝I/2pr
载流环行线圈圆心的磁场强度 H＝I/2r
B=0时的矫顽力， 称为磁通矫顽力
矫顽力是表征材料在磁化以后保持磁化状态的能力 通常将BHC<80~800Am-1的材料为软磁材料；将BHC>8103~8105 的材料称为硬磁材料；介于1~20kA m-1之间的为半硬磁材料
14
退磁曲线
退磁曲线上每一点的B和H的乘积(BH)为磁能积， 表征永磁材料中能量大小的物理量。
磁矩 磁化强度M
★ 静磁现象
磁场强度H和磁感应强度B
磁化率和磁导率 退磁场
静磁能
★ 材料的磁化
磁化曲线
磁滞回线 物质的磁性分类
★ 磁性与磁性材料的分类
磁性材料分类
1
1.1 静磁现象
▼磁场 电荷周围存在电场，可以用电力线来表示
电荷之间存在相互作用
q1q2 F k 2 r
那么磁场呢？是否有和电场相似的性质呢？
H
10
▼退磁场
材料被磁化时，两端的自由磁极会产 生与磁化反方向的磁场，即退磁场
M
H d NM
，N为退磁因子
仅与材料形状有关
Hd
只有具有高对称性的简单体可以求出N的大小：
细 长 圆 柱 体 N=1/2
球形体
无限大平板
N=1/3
N=1
11
▼静磁能
磁场中的磁体受到力的作用，力矩为：
L Fl sin mlH sin
永 磁 材 料 磁 光 效 应 材 料
软 磁 材 料 磁 致 伸 缩 材 料 磁 致 电 阻 材 料
特 磁 材 料 磁 致 冷 材 料
…
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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；
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▼磁偶极子和磁矩
如果一个小磁体能够用无限小的电流回路 来表示，我们就称为磁偶极子。用磁偶极 矩jm表示：
(BH)的最大值为最大磁能积(BH) max
15
1.3 磁性和磁性材料分类
▼物质的磁性分类 按磁化率的大小，可将物质磁性分为五个种类：
★抗磁性
★顺磁性 ★反铁磁性 ★铁磁性 ★亚铁磁性
普遍性
c
d
0
且绝对值也很小
C 0 T TP
遵守居里-外斯定律：c P 存在奈尔温度 TN
c
f
0
绝对值很大，存在 TC
9
在不同的磁化条件下，磁导率被分为以下四种： (1)起始磁导率 ：
i
1
0
B H 0 H lim
(2)最大磁导率： 1 B H (3)增量磁导率：
max 0
B
max
max
B H
0
1 B H
0
i
(4)可逆磁导率：
rev
lim
H 0
无限长载流螺线管的磁场强度 H＝n I
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▼磁化率和磁导率
磁化强度M和磁场强度H存在如下关系： M＝c H 或 c＝M/H c称为磁体的磁化率，表征磁体磁性强弱的参量。 由此 B=0(H+c H)0(1+c)H 定义＝（1＋c）为相对磁导率，即＝B/ 0 H。 磁导率是表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易程度 的磁学量。
Jm
j
V
m
Wb 2 m
单位体积磁体内磁偶极子具有的磁矩矢量和称为磁化强度， 用M表示。
M
V
m
A 1 m
J m和M亦有如下关系：
Jm=µ M 0
5
磁化强度可以看成是磁偶极子的集合
磁化强度又可以看成是闭合电流环的集合
6
▼磁场强度H和磁感应强度B 磁场中的磁极会受到力的作用，表示为： F=m H， m为磁极强度
+m
i
jm=ml
m为磁极强度
与磁偶极子等效的平面回路的电流和回路 面积的乘积定义为磁矩，用µ 表示： m
-m
l
µ m
i
µ =i· S m
S
磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义，存在关系：
jm=µ µ 0 m
µ =4π×10-7H· -1 ，真空磁导率 m ， o
4
▼磁化强度M
定义单位体积磁体内磁偶极子具有的磁偶极矩矢量和称为 磁极化强度，用Jm 表示；
m
c
0
绝对值比铁磁体稍低， Байду номын сангаас磁结构却不同
16
五种磁性材料的基本磁结构
e Hex （a）抗磁性 （b）顺磁 性
A
Wii Wij B
A
WAA WAB
Wii
WBB
B
（c）反铁磁性
（d）铁磁性
（e）亚铁磁性
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▼磁性材料分类
磁 性 材 料
信 磁 材 料 磁 记 录 材 料 磁 存 储 材 料 磁 微 波 材 料
具有的能量密度为：
FH 0 MH cos
高能量态 F=mH F=mH H l 低能量态
-m
H
+m F=mH
F=mH
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1.2 材料的磁化
▼磁化曲线
磁化曲线是表示磁感应强度B和磁化强度M与磁场强度H之间的非线性关系
图为铝镍钴合金的磁化曲线
13
▼磁滞回线 Br，Mr表示剩磁
M=0时的矫顽力， 称为内禀矫顽力
定义磁场强度H：单位强度的磁场等于单位磁极受到1牛 顿的力。 在更多场合，确定场效应的量是磁感应强度B（磁通 密度）。在SI单位制中，B的定义为： B＝ µ （H＋M） o
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应用中常用电流来产生磁场，有以下三种形式： 无限长载流直导线的磁场强度 H＝I/2pr
载流环行线圈圆心的磁场强度 H＝I/2r
B=0时的矫顽力， 称为磁通矫顽力
矫顽力是表征材料在磁化以后保持磁化状态的能力 通常将BHC<80~800Am-1的材料为软磁材料；将BHC>8103~8105 的材料称为硬磁材料；介于1~20kA m-1之间的为半硬磁材料
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退磁曲线
退磁曲线上每一点的B和H的乘积(BH)为磁能积， 表征永磁材料中能量大小的物理量。