第四章磁性能2014PPT文档格式.ppt

1、在磁感应强度为在磁感应强度为B的磁场中，磁矩的磁场中，磁矩m所受的力矩为：所受的力矩为：静磁能静磁能：磁矩与外磁场的作用能。：一根长为一根长为l（m），极强为，极强为m（wb）的棒状磁铁产生的磁矩。的棒状磁铁产生的磁矩。方向：由方向：由SN极极m方向：右手定则方向：右手定则3、磁化强度磁化强度M磁体单位体积中微观磁矩的向量和磁体单位体积中微观磁矩的向量和.M=m/V （A/m）设一个宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子组设一个宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子组成，当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对外不显成，当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对外不显示磁性。示磁性。在外磁场作用下当原子磁矩同向平行排列时，

2、在外磁场作用下当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁体对外显示磁性最强，这种现象称为材料宏观磁体对外显示磁性最强，这种现象称为材料被被磁化磁化。4、磁感应强度（磁通密度磁感应强度（磁通密度）磁体中单位面积中通过的磁力线数。磁体中单位面积中通过的磁力线数。单位单位:T（特斯拉）（特斯拉）B=0M+0H=0（M+H）自由空间磁场自由空间磁场（在物质内部的外磁场在物质内部的外磁场）；材料由于磁化引起的附加磁场。材料的磁感应强度由两部分叠加而成：5、磁场强度磁场强度根据产生磁场的方式，有两种表达式：根据产生磁场的方式，有两种表达式：电流产生的磁场一个每米有电流产生的磁场一个每米有N匝线圈，通以电流强匝线圈，

3、通以电流强度为度为i（A）的无限长螺线管轴线中央的磁场强度。的无限长螺线管轴线中央的磁场强度。H=Ni（A/M）磁铁在其周围产生的磁场磁铁在其周围产生的磁场极强为极强为m1的磁极，在距离的磁极，在距离r处产生的磁场强度处产生的磁场强度是单位极强是单位极强（m2=1wb）在该处所受到的作用力在该处所受到的作用力磁性材料的磁性材料的磁导率磁导率定义为磁感应强度与磁场强度之比：定义为磁感应强度与磁场强度之比：=B/H 0:真空磁导率，真空磁导率，410-7H/m;:绝对磁导率，绝对磁导率，r:相对磁导率相对磁导率r=/0磁化率磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比定义为磁化强度与磁场强度之比,表示介质在

4、磁场中表示介质在磁场中被磁化的程度。被磁化的程度。单位体积磁化率单位体积磁化率=M/H摩尔质量磁化率摩尔质量磁化率A=V单位质量磁化率单位质量磁化率d=/d6、磁导率和磁化率、磁导率和磁化率r=1+真空真空 空气空气铂铂铝铝钠钠氧氧汞汞银银铜铜碳碳（金刚石金刚石）铅铅岩盐岩盐 （标准状态标准状态）202020202020（标准状态标准状态）202020202020202020202020 1 11.000000041.000000041.000261.000261.0000221.0000221.00000721.00000721.00000191.00000190.9999710.99997

5、10.9999740.9999740.999900.999900.9999790.9999790.9999820.9999820.9999860.999986 0 00.040.0426262.22.20.720.720.190.19-2.9-2.9-2.6-2.6-1.0-1.0-2.1-2.1-1.8-1.8-1.4-1.4物质物质温度温度（20（20C C）r r10105 54.1.2磁性物质分类磁性物质分类根据物质的磁化率，可把物质的磁性大致分为根据物质的磁化率，可把物质的磁性大致分为五类：五类：1、抗磁体抗磁体：磁化率：磁化率为甚小的负数，为甚小的负数，大约在大约在10-6量级。量

6、级。“经典经典”抗磁体抗磁体：磁化率与温度无：磁化率与温度无关关Au、Ag、Cu、Hg、Zn反常抗磁体反常抗磁体：磁化率随温度变化，：磁化率随温度变化，且大小是前者的且大小是前者的10100倍。倍。Bi、Ga、Sb、Sn、In铁磁性材料亚铁磁性材料顺磁性材料反铁磁性材料抗磁性材料4.1.2磁性物质分类磁性物质分类根据物质的磁化率，可把物质的磁性大致分为根据物质的磁化率，可把物质的磁性大致分为五类：2、顺磁体顺磁体：磁化率为正值，约为为正值，约为10-310-6。在磁场中受到微弱吸引。在磁场中受到微弱吸引力。力。正常顺磁体：反常顺磁体：磁化率与温度无关反常顺磁体：磁化率与温度无关Li、Na、K、

7、Rb铁磁性材料亚铁磁性材料顺磁性材料反铁磁性材料抗磁性材料Pt、Pd、稀土金属、稀土金属铁磁性材料亚铁磁性材料顺磁性材料反铁磁性材料抗磁性材料4.1.2磁性物质分类磁性物质分类根据物质的磁化率，可把物质的磁性大致分为根据物质的磁化率，可把物质的磁性大致分为五类：3、铁磁体铁磁体：位很大的正数，与磁位很大的正数，与磁场呈非线性关系。在较弱的磁场下，场呈非线性关系。在较弱的磁场下，能产生很大的磁化强度能产生很大的磁化强度。Fe、Co、Ni、Nd2Fe14B铁磁性材料亚铁磁性材料顺磁性材料反铁磁性材料抗磁性材料4.1.2磁性物质分类磁性物质分类根据物质的磁化率，可把物质的磁性大致分为根据物质的磁化率

8、，可把物质的磁性大致分为五类：4、亚铁磁体亚铁磁体：较铁磁体略小。Fe3O4，铁氧体，铁氧体5、反铁磁体反铁磁体：是小的正数，在是小的正数，在温度较低时，温度较低时，与磁场取向有关，与磁场取向有关，高于这个温度，是顺磁体。高于这个温度，是顺磁体。Mn，Cr，NiO，MnO4.1.3原子本征磁矩、顺磁性和抗磁性原子本征磁矩、顺磁性和抗磁性1、原子本征磁矩、原子本征磁矩材料的磁性来源：原子磁矩材料的磁性来源：原子磁矩原子磁矩原子磁矩电子轨道磁矩电子轨道磁矩电子自旋磁矩电子自旋磁矩原子核磁矩原子核磁矩对于物质中的分子，任一个电子都同时参与环绕原子核的对于物质中的分子，任一个电子都同时参与环绕原子核的

9、轨道运动和电子本身的自旋，这两种运动都能产生磁效应。轨道运动和电子本身的自旋，这两种运动都能产生磁效应。电子轨道磁矩电子轨道磁矩：电子绕核运动的角速度：电子绕核运动的角速度 L：电子轨道运动角动量的大小：电子轨道运动角动量的大小电子轨道磁矩在外磁场方向上的投影满足量子化条件：电子轨道磁矩在外磁场方向上的投影满足量子化条件：B：波尔磁子，：波尔磁子，9.27310-24J/T电子自旋磁矩电子自旋磁矩mSZ=B符号取决于电子自旋方向符号取决于电子自旋方向2、抗磁性、抗磁性抗磁性来源于电子轨道运动。抗磁性来源于电子轨道运动。所有物质均有抗磁性。凡是电子壳层被填满了的物质均属于抗磁性物质。惰性气体：离

10、子型固体：NaClNa+Cl-共价键：共价键：CSiGePS大部分有机物大部分有机物部分金属部分金属3、顺磁性、顺磁性来源于原子的固有磁矩。来源于原子的固有磁矩。产生顺磁性的条件是原子的固有磁矩不为零产生顺磁性的条件是原子的固有磁矩不为零（1）具有奇数个电子的原子或点缺陷）具有奇数个电子的原子或点缺陷（2）内壳层未被填满的原子或离子。例如过渡）内壳层未被填满的原子或离子。例如过渡族金属和稀土族金属。族金属和稀土族金属。大多数物质属于顺磁性物质。例如：室温下的稀土金属例如：室温下的稀土金属居里点以上居里点以上Fe、Co、Ni。Li、Na、K、Ti、Al4.2铁磁性和亚铁磁性材料的特性铁磁性和亚铁

11、磁性材料的特性4.2.1磁化曲线磁化曲线（1 1）B随随H呈线性地缓慢增呈线性地缓慢增长，可逆畴壁移动过程。长，可逆畴壁移动过程。（2）B随随H急剧增长，不可急剧增长，不可逆畴壁移动过程的巴克豪森逆畴壁移动过程的巴克豪森（Barkhausen）跳跃。）跳跃。（3 3）B的增的增长趋于于缓慢。磁慢。磁畴的磁化矢量已畴的磁化矢量已转到最接近到最接近H方向，方向，B的增的增长主要靠可逆主要靠可逆转动过程来程来实现。（4 4）磁化曲磁化曲线极平极平缓地地趋近近于水平于水平线而达到而达到饱和状和状态。4.2铁磁性和亚铁磁性材料的特性铁磁性和亚铁磁性材料的特性4.2.1磁化曲线磁化曲线BsMsv相当于磁化

12、曲线起始部分的斜率；相当于磁化曲线起始部分的斜率；v技术上规定在技术上规定在0.1-0.001Oe磁场的磁导率为磁场的磁导率为i；v软磁材料作为磁传感时的重要技术参量。软磁材料作为磁传感时的重要技术参量。起始磁导率：v磁化曲线中斜率最大的值；磁化曲线中斜率最大的值；v软磁材料做为磁芯部分的重要技术参量。软磁材料做为磁芯部分的重要技术参量。最大磁导率：m4.2.2磁滞回线磁滞回线23456BHO磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图为磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图为磁性物质的滞回曲线。磁性物质的滞回曲线。剩余磁感应强度剩余磁感应强度Br矫顽磁力矫顽磁力Hc退磁曲线

13、退磁曲线磁滞损耗磁滞损耗4.2.3磁晶各向异性和各向异性能磁晶各向异性和各向异性能单晶体的不同方向上，磁性能是不同的。单晶体的不同方向上，磁性能是不同的。磁化功磁化功磁晶各向异性常数磁晶各向异性常数对于立方晶体，设对于立方晶体，设、分别是磁化强度与三个晶轴分别是磁化强度与三个晶轴方向所成夹角的方向余弦，即方向所成夹角的方向余弦，即铁在铁在2020时的值约为时的值约为4.24.210104 4J/mJ/m3 3，钴的值为钴的值为4.14.110105 5J/mJ/m3 3，镍的值为镍的值为-0.340.3410104 4J/mJ/m3 3。K1为晶体各向异性能常数。为晶体各向异性能常数。4.2.4铁磁体的形状各向异性和退磁能铁磁体的形状各向异性和退磁能铁磁体在磁场中的能量为铁磁体在磁场中的能量为静磁能，静磁能，包括包括v铁磁体与外磁场的相互作用能；铁磁体与外磁场的相互作用能；v铁磁体在自身退磁场中的能量，称为退磁能。铁磁体在自身退磁场中的能量，称为退磁能。铁磁体的形状不同，其退磁能不同，导致磁化形为不铁磁体的形状不同，其退磁能不同，导致磁化形为不同，称为同，称为形状各向异性。形状各向异性。当当铁铁磁磁体体表表面面出出现现磁磁极极后后，除除在在铁铁磁磁周周围围空空间间产产生生磁磁场场外外，在在铁铁磁磁体体内