磁性 基本概念课件.ppt

1、材料的磁性分析主要内容主要内容：1）磁介质的分类2）磁性的物理本质3）金属的抗磁性和顺磁性及其应用4）铁磁性理论：自发磁化、磁畴、磁化曲线、磁滞回线的理论解释、铁磁性的应用5）磁性材料磁介质的分类 磁介质磁介质：能被磁化的物质 顺磁性物质顺磁性物质：产生的附加磁场较小，方向与外加磁场一致 抗磁性物质抗磁性物质：产生的附加磁场较小，方向与外加磁场相反 铁磁性物质铁磁性物质：在磁场中被强烈磁化，使磁场强烈增加，并且在外磁场撤去后，仍会保留部分磁场 磁性与物质的微结构密切相关，不仅取决于原磁性与物质的微结构密切相关，不仅取决于原子结构、还与原子键合、晶体结构子结构、还与原子键合、晶体结构磁性的物理本

2、质磁性的物理本质 原子的磁矩主要包括原子的磁矩主要包括：电子的轨道磁矩和电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩和原子核磁矩电子的自旋磁矩和原子核磁矩原子核磁矩：电子磁矩的几千分之一、可忽略原子核磁矩：电子磁矩的几千分之一、可忽略通常所指的原子磁矩是原子中所有电通常所指的原子磁矩是原子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和矢量和电子绕原子核运动犹如一圆电流、具有磁矩电子绕原子核运动犹如一圆电流、具有磁矩22l0000 (1)2222eeeiSermrLl lmmm电子轨道磁矩大小：电子轨道磁矩大小：20(1)Lmrl l轨道角动量轨道角动量:r:0m:轨道半径，轨道半径，电子质量

3、，电子质量，轨道运动角速度轨道运动角速度电子的轨道磁矩（电子的轨道磁矩（l）Zr-eB角量子数：角量子数：l 0，1，2，3.n-1电子轨道磁矩在外磁场（电子轨道磁矩在外磁场（H）方向上的分量满足量子化条件：）方向上的分量满足量子化条件：04lzllBehmmmlml ,2,1,0磁量子数磁量子数Z:外磁场方向外磁场方向mehB4玻尔磁子玻尔磁子、电子、电子磁矩的最小单元磁矩的最小单元lz 与外磁场方向相反！与外磁场方向相反！Z H电子自旋磁矩电子自旋磁矩外磁场中的取向：外磁场中的取向：两种方向相反的取向两种方向相反的取向外磁场方向和与外磁场相反的方向外磁场方向和与外磁场相反的方向2szsBm

4、原子中填满电子的壳层或次壳层原子中填满电子的壳层或次壳层形成一中心对称的集体，电子轨形成一中心对称的集体，电子轨道磁矩和自旋磁矩相互抵消道磁矩和自旋磁矩相互抵消原子磁矩是原子未原子磁矩是原子未成对电子的轨道和成对电子的轨道和自旋磁矩的矢量和自旋磁矩的矢量和ms 1/2原子的总磁矩原子的总磁矩惰性气体惰性气体 ，及，及 等无固有磁矩等无固有磁矩ArNeHe,3,AlKNa具有满壳层的原子或离子总磁矩为零具有满壳层的原子或离子总磁矩为零 ls原子电子原子核未排满时，有磁矩讨讨 论：论：表征磁性的物理量表征磁性的物理量 磁化与外磁场（H）的关系 总磁场与外磁场（H）的关系磁学基本量的回顾磁学基本量的

5、回顾平面载流线圈（圆电流）的磁矩：平面载流线圈（圆电流）的磁矩：SIm:I:S电流，电流，线圈所围的面积线圈所围的面积ISmS,m的方向与电流方向构成右手螺旋的方向与电流方向构成右手螺旋非平面载流线圈的磁矩：非平面载流线圈的磁矩：SIdmdm线圈的磁矩线圈的磁矩载流线圈所受的磁力矩载流线圈所受的磁力矩载流线圈在磁场中将受磁场的作用载流线圈在磁场中将受磁场的作用磁场中的磁场中的小平面小平面载流线圈或载流线圈或匀强磁场匀强磁场中的平面载流线圈：中的平面载流线圈：合磁场力：合磁场力：F0合合磁力矩：磁力矩：BmTmBmB与与 方向一致时磁能最低方向一致时磁能最低磁感应强度与磁场强度的关系磁感应强度与

6、磁场强度的关系真空中：真空中：HB0磁介中：磁介中：HHBr0:0:r真空磁导率真空磁导率磁介质相对磁导率磁介质相对磁导率磁化与磁化强度磁化与磁化强度磁化：磁化：物质在磁场中或强或弱要显示磁性物质在磁场中或强或弱要显示磁性磁化强度：磁化强度：描述物质磁化强弱的物理量描述物质磁化强弱的物理量定义：定义：单位体积内分子磁矩的矢量和单位体积内分子磁矩的矢量和VmM分子分子磁介质中磁介质中 的关系的关系MHB,HHHMHBrm00000与与 的宏观或实验关系的宏观或实验关系MHHMm1rm物质磁性的分类物质磁性的分类HM五类磁介质的磁化曲线五类磁介质的磁化曲线抗磁抗磁反铁磁反铁磁顺磁顺磁亚铁磁亚铁磁铁

7、磁铁磁据磁化率或相对磁导率，据磁化率或相对磁导率，物质的磁性可分为：物质的磁性可分为：1、抗磁体、抗磁体610:m在外磁场中显示与外场方在外磁场中显示与外场方向向相反相反的、微弱的磁性的、微弱的磁性金属中约一半是抗磁：金属中约一半是抗磁：ZnHgAuAgCu,等等2、顺磁体、顺磁体631010:m在外磁场中显示与外场方在外磁场中显示与外场方向向相同相同的、微弱的磁性。的、微弱的磁性。Pt,Pd(钯钯)，奥氏体不锈钢，稀土金属：，奥氏体不锈钢，稀土金属：Li,Na,K,Rb(铷铷)3、铁磁体、铁磁体HM五类磁介质的磁化曲线五类磁介质的磁化曲线抗磁抗磁反铁磁反铁磁顺磁顺磁亚铁磁亚铁磁铁磁铁磁:m很

8、大、与外磁场成很大、与外磁场成非线性关系变化非线性关系变化较弱的磁场能产生很大的磁较弱的磁场能产生很大的磁化强度。金属：化强度。金属：Fe,Co,Ni 等等铁磁体在温度高于某一临界温铁磁体在温度高于某一临界温度（居里温度）变成顺磁体度（居里温度）变成顺磁体4、亚铁磁体、亚铁磁体:m比铁磁体稍小、具有与铁磁体类似的磁性比铁磁体稍小、具有与铁磁体类似的磁性如：磁铁矿（如：磁铁矿（Fe3O4）、铁氧体等）、铁氧体等亚铁磁体电阻率较大、适于制作电阻率大的磁性元件亚铁磁体电阻率较大、适于制作电阻率大的磁性元件5、反铁磁体、反铁磁体HM五类磁介质的磁化曲线五类磁介质的磁化曲线抗磁抗磁反铁磁反铁磁顺磁顺磁亚

9、铁磁亚铁磁铁磁铁磁:m很小的正数，很小的正数，温度低于温度低于某温度时，磁化率同磁场某温度时，磁化率同磁场的方向有关的方向有关，高于这一温，高于这一温度时其行为同顺磁体度时其行为同顺磁体如：如：氧化镍、氧化镍、,CrMn氧化锰等氧化锰等抗磁性与顺磁性抗磁性与顺磁性 金属的抗磁性与顺磁性决定于：点阵结点上正离子的抗磁性 点阵结点上正离子的顺磁性 自由电子的抗磁性 自由电子的顺磁性 起主要作用的一个因素决定材料的磁性1）正离子的抗磁性）正离子的抗磁性原子组成上，原子组成上，抗磁物质抗磁物质由电子壳层由电子壳层或次壳层或次壳层被填满被填满的原子或离子构成的原子或离子构成原子或离子无固有磁矩原子或离子

10、无固有磁矩、无外场时不显磁性无外场时不显磁性抗磁物质处于外场中，电子产生附加的轨道抗磁物质处于外场中，电子产生附加的轨道运动、引起与外磁场方向相反的附加磁矩运动、引起与外磁场方向相反的附加磁矩0BLfm0vLfm00VmMi抗磁性抗磁性正离子：去掉自由电子后的金属离子正离子：去掉自由电子后的金属离子抗磁物质：抗磁物质：除金属除金属 等等，惰性气体、，惰性气体、离子固体、共价键的离子固体、共价键的 C,Si,Ge 及大部分有机物质及大部分有机物质ZnHgAuAgCu,3、顺磁性的起源、顺磁性的起源顺磁性物质的原子具有固有磁矩顺磁性物质的原子具有固有磁矩无外磁场时，热运动引起无外磁场时，热运动引起

11、原子磁矩取向杂乱无章，原子磁矩取向杂乱无章，顺磁体宏观上不显磁性顺磁体宏观上不显磁性mpmpmp00B外磁场不仅引起原子磁矩的外磁场不仅引起原子磁矩的择有取向，同时引起与外磁择有取向，同时引起与外磁场方向相反的附加磁矩场方向相反的附加磁矩 iimm但但抗磁性被顺磁性掩盖抗磁性被顺磁性掩盖顺磁磁化率是抗磁磁化率的：顺磁磁化率是抗磁磁化率的：3101倍倍顺磁性物质：顺磁性物质：稀土金属：稀土金属：Li,Na,K,Rb(铷铷)，居里温度，居里温度以上的以上的 Fe,Co,Ni 等大多数物质等大多数物质mpmpmp0B有外磁场时，原子磁矩在磁有外磁场时，原子磁矩在磁场中择优取向，顺磁体呈现场中择优取向，顺磁体呈现与外磁场方向相同的磁性与外磁场方向相同的磁性