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1、h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨道量子数；s:自旋量子数。原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况下可忽略不计。3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性华南理工大学 朱敏物质磁性具有普遍性3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性电子的循轨磁矩电子的循轨磁矩原子磁矩物质磁性原子磁矩物质表现何种磁性原子磁矩间相互作用外加磁场的作用华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性细菌细胞中的磁力线200nm的Co粒子中的磁力线华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性磁场强度：电流强度为 I 的电流在一个每米有N匝线圈

2、的无限长螺旋管轴线中央产生的磁场强度 H 为：H=N x I A/m（安/米）距离永磁体r处的磁场强度 H 为：H=km1r0/r2 H/m（亨利/米）m1为磁极的磁极强度，单位为Wb（韦伯）；r0是r的矢量单位；磁化强度（M）:单位体积磁性材料内各磁畴磁矩的矢量和，单位为A/m。磁感应强度（B）:物质在外磁场作用下，其内部原子磁矩的有序排列还将产生一个附加磁场。在磁性材料内部外加磁场与附加磁场的和,单位为T（特斯拉）。（二）基本磁性参量二）基本磁性参量B=H+M华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性磁导率和磁化率磁导率和磁化率在真空中磁感应强度B与磁场强度H间

3、的关系为：B=0H 在磁性材料中：B=0（H+M）在均匀的磁性材料中，上式的矢量和可改成代数和：B=0（H+M）磁性材料的磁导率定义为磁感应强度与磁场强度之比：=B/H 0:真空磁导率;:绝对磁导率，单位为 H/m，r:相对磁导率 r=/0 磁化率定义为磁化强度与磁场强度之比：=M/H 华南理工大学 朱敏（三）物质磁性的分类三）物质磁性的分类3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性物质磁性分类顺磁性被磁化后，磁化场方向与外场方向相同，：1 104 铁磁性被磁化后，磁化场方向与外场方向相同，：10-3-10-6被磁化后，磁化场方向与外场方向相反，：（10-5 10-6）抗磁性与外加磁

4、场的关系华南理工大学 朱敏顺磁性起因于原子或分子磁矩，在外加磁场作用下趋于沿外场方向排列，使磁质沿外场方向产生一定强度的附加磁场。顺磁性是一种弱磁性。顺磁性材料多用于磁量子放大器和光量子放大器，在工程上的应用极少。顺磁金属主要有Mo，Al，Pt，Sn等。3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性抗磁性是由于外磁场作用下，原子内的电子轨道绕场向运动，获得附加的角速度和微观环形电流，从而产生与外磁场方向相反的感生磁矩。原子磁矩叠加的结果使宏观物质产生与外场方向相反的磁矩。由于属于此类的物质有C，Au，Ag，Cu，Zn，Pb等。华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物

5、质的磁性HmmDmkkDkDkDm产生抗磁性的原理产生抗磁性的原理m：磁矩Dm：附加磁矩Dk：附加向心力k：向心力抗磁性具有普遍性物质是否表现出抗磁性要看物质的抗磁场是否大于其顺磁场华南理工大学 朱敏物质内部原子磁矩的排列a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性 3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性由于原子间的交换作用使原子磁矩发生有序的排列，产生自发磁化，铁磁质中原子磁矩都平行排列（在绝对零度时）华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性铁磁质：铁磁质：磁矩的有序排列随着温度升高而被破坏，温度达到居里温度（Tc）以上时有序全部被破坏，磁质

6、由铁磁性转为顺磁性。Tc是材料的M-T曲线上MS20对应的温度。顺磁质：朗之万（Langevin）顺磁性：磁化率服从居里（Curie）定律，即：=c/T。泡利（Pauli）顺磁性：服从居里-外斯（Curie-Weiss）定律，即：=C/（T-Tc）。（四）温度对物质磁性的影响（四）温度对物质磁性的影响Tc华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁性物质的磁性（四）磁各向异性四）磁各向异性 磁性材料在不同方向上具有不同磁性能的特性。包括：磁晶各向异性，形状各向异性，感生各向异性和应力各向异性等。单晶体的易磁化和难磁化方向 华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础物质的磁

7、性物质的磁性（五）磁致伸缩（五）磁致伸缩磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长（或缩短），在垂直磁化方向上缩短（或伸长）的现象，叫做磁致伸缩。它是一种可逆的弹性变形。材料磁致伸缩的相对大小用磁致伸缩系数表示，即：=l/l 式中，l和l分别表示磁场方向的绝对伸长与原长。在发生缩短的情况下，l为负值，因而也为负值。当磁场强度足够高，磁致伸缩趋于稳定时，磁致伸缩系数称为饱和磁致伸缩系数，用s表示。对于3d金属及合金:s约为 10-510-6。华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 （一一）磁畴结构磁畴结构在铁磁性材料中，原子磁矩平行排列，以使交换作用能

8、最低。但大量原子磁矩的平行排列增大了体系的退磁能，因而使一定区域内的原子磁矩取反平行排列，出现了两个取向相反的自发磁化区域，降低退磁能，直至形成封闭畴。每一个磁矩取向一致的自发磁化区域就叫做一个磁畴。立方结构单晶铁磁材料的磁畴结构示意图华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 Co中的磁畴结构华南理工大学 朱敏磁畴结构包括磁畴和畴壁两部分。磁畴的体积为10-110-6cm3。畴壁是指磁畴交界处原子磁矩方向逐渐转变的过渡层3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 畴壁布洛赫（Bloch）磁畴壁畴壁两侧的原子磁矩的旋转平

9、面与畴壁平面平行，两个畴的磁化方向相差180 奈耳（Neel）磁畴壁畴壁内原子磁矩的旋转平面与两磁畴的磁矩在同一平面平行于界面华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 布洛赫奈尔壁华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 磁化过程：磁性材料在外磁场作用下由宏观的无磁状态转变为有磁状态的过程。磁化是通过磁畴的运动来实现。（二）磁畴移动与（二）磁畴移动与磁化过程磁化过程受外磁场作用时，畴内整齐排列在易磁化方向上原子磁矩一致地偏离易磁化方向而向外磁场方向转动。外场愈强，材料的磁各向异性愈弱，则磁矩就愈偏向

10、外场方向。运动方式转动移动各磁畴内部的磁矩平行或反平行于外加磁场，不受这一磁场的力矩。而畴壁附近的磁矩方向发生改变，使畴壁产生横向移动。华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 畴壁的移动 磁畴的转动 华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 （三）磁化曲线（三）磁化曲线 磁化过程四阶段：（1）M随H呈线性地缓慢增长，可逆畴壁移动过程。（2）M随H急剧增长，不可逆畴壁移动过程，的巴克豪森（Barkhausen）跳跃。（3）M的增长趋于缓慢。磁畴的磁化矢量已转到最接近H方向，M的增长主要靠可逆转动过程

11、来实现。（4）磁化曲线极平缓地趋近于水平线而达到饱和状态。华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 （四）磁性材料的技术磁参量四）磁性材料的技术磁参量技技术术磁磁参参量量内禀磁参量:MS、Tc外禀磁参量:Hc、Mr或Br、磁导率、损耗、磁能积MS:饱和磁化强度Hc：矫顽力Mr或Br：剩磁主要取决于材料的化学成分对材料结构（如晶粒尺寸、晶体缺陷、晶粒取向等）敏感，可以通过适当的工艺改变华南理工大学 朱敏损耗：软磁材料磁化一周总的能量损耗W，由涡流损耗，磁滞损耗Wh和剩余损耗Wr三部分组成，通常以每公斤材料损耗的功率表示，即:W=We+Wh+Wr W

12、e：在交变磁化条件下，材料垂直于磁场的平面内产生的涡流引起发热产生的损耗。循环磁化一周的涡流损耗与材料的电阻率、厚度D、磁感变化幅度Bm关系如下:WeD2Bm2/Wh：在循环磁化条件下，材料每循环磁化一周所消耗的能量，它也以热的形式表现出来，其大小与磁滞回线的面积呈正比。Wr：从总损耗中扣除涡流损耗和磁滞损耗所剩的部分3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 磁能积（BH）：磁铁在气隙空间所建立的磁能量密度。永磁体均在开路状态下使用，作为磁场源或动作源。主要作用是在磁铁的两磁

13、极空间（或称空气隙）产生磁场Hg。Hg=（BmHmVm/0Vg）1/2 式中Vm、Bm和Hm分别是磁铁的体积、磁感强度和磁场强度，Vg、Hg是气隙的体积和磁场强度。磁场强度（Hg）除与磁体的体积及气隙体积有关外，主要取决于磁体的磁能积（BH）。最大磁能积（BH）max：退磁曲线上磁能积最大的一点，工程应用中通常将（BH）max称为磁能积。华南理工大学 朱敏对通常的永磁体的应用而言，Hg越大越好。因此、在设计磁铁时，应使其工作点在图中的D点附近。同时、（BH）max越大，Hg也越大。（BH）max越高，所需要的磁体体积就越小（BH）max的大小取决于磁感矫顽力Hc、剩磁Br和隆起系数，即:（BH

14、）max=BrHCB 3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 永磁材料的退磁曲线与磁能积（密度）曲线 华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 磁滞回线族 华南理工大学 朱敏3.1 3.1 磁学基础磁学基础磁化磁化过程与技程与技术 磁参量磁参量 （五）（五）磁性材料的稳定性磁性材料的稳定性衡量磁性材料的磁参量随外界因素作用产生的变化，主要考虑Br和Hc。（1）温度稳定性：磁性能随温度的变化。（2）时间稳定性：在某一特定工作环境下长期工 作过程中磁性随时间的变化。（3）化学稳定性：在腐蚀介质的环境中磁性随时 间的变化。显微组织变化引起的组织时效性能不稳定的原因磁畴结构变化引起的磁时效可逆，再次充磁时材料能恢复原来的磁性不可逆 华南理工大学