第九章9-4磁介质

1、什么是磁介质什么是磁介质?能够磁化的物质称作能够磁化的物质称作磁介质磁介质。磁介质的磁化磁介质的磁化磁介质在磁场的作用下所发生的变化，称为磁介质的磁介质在磁场的作用下所发生的变化，称为磁介质的磁化磁化，其结果是产生了附加磁场。其结果是产生了附加磁场。9.4 9.4 磁介质磁介质一、磁介质的分类一、磁介质的分类（铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）弱磁质弱磁质9.4 9.4 磁介质磁介质1.相对磁导率相对磁导率00rBB 顺磁质顺磁质 1r 抗抗磁质磁质1r 铁磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）1r真空中某点的磁感应强度为真空中某点的磁感应强度为B0，磁介质磁化

2、产生的附加磁场为磁介质磁化产生的附加磁场为B，磁介质中磁感应强度为磁介质中磁感应强度为B。0BBB磁介质磁化产生的附加磁场磁介质磁化产生的附加磁场B 的方向，随磁介的方向，随磁介质的不同而不同。质的不同而不同。rmmr11 2. 磁化率磁化率3. 居里定律居里定律在低温下在低温下,某些顺磁质的磁化率与热力学温度成反比某些顺磁质的磁化率与热力学温度成反比.CT m摩尔磁化率摩尔磁化率其中，其中，C为居里常数。为居里常数。CTT mc居里居里-韦斯定律韦斯定律其中，其中，TC为铁磁性物质的转变温度，称为为铁磁性物质的转变温度，称为居里居里温度温度或或居里点居里点。 铁磁质存在居里点居里点，当温度超

3、过居里点后，磁畴瓦解，其铁磁性消失，变为顺磁性。 不同的铁磁质，居里点不同。如铁的居里点为769，而镍的居里点较低，仅为358(实验中镍片可从废电子管中取得）。 实验实验：将悬挂着的镍片移近永久磁铁，即被吸住，说明镍片在室温下具有铁磁性铁磁性。用酒精灯加热镍片，当镍片的温度升高到超过一定温度时，镍片不再被吸引，在重力作用下摆回平衡位置，说明镍片的铁磁性消失，变为顺磁性顺磁性。移去酒精灯，镍片温度下降到居里点以下恢复铁磁性，又被磁铁吸住。 铁磁材料的居里点铁磁材料的居里点二、顺磁性和抗磁性的微观解释二、顺磁性和抗磁性的微观解释在物质的分子中，每个电子都绕原子核作轨道在物质的分子中，每个电子都绕原

4、子核作轨道运动，具有运动，具有轨道磁矩轨道磁矩；电子本身还有自旋，具有电子本身还有自旋，具有自旋磁矩自旋磁矩。一个分子内所有电子的全部磁矩的矢量和，称一个分子内所有电子的全部磁矩的矢量和，称为分子的固有磁矩，简称为分子的固有磁矩，简称分子磁矩分子磁矩。分子磁矩可以用一个分子磁矩可以用一个等效的圆电流等效的圆电流来表示。来表示。1 1、分子电流和分子磁矩、分子电流和分子磁矩ImP2 2、顺磁质磁化机理、顺磁质磁化机理来自分子的固有磁矩来自分子的固有磁矩无外磁场：无外磁场：因分子的无规则热运动因分子的无规则热运动, , 分子磁矩取向混乱分子磁矩取向混乱, , 物质物质并不显磁性并不显磁性未磁化状未

5、磁化状态。态。加外磁场：加外磁场：分子固有磁矩将受到外磁分子固有磁矩将受到外磁场的磁力矩作用，转向外场的磁力矩作用，转向外磁场的方向排列，各个分磁场的方向排列，各个分子磁矩将沿外磁场方向产子磁矩将沿外磁场方向产生附加的磁场。生附加的磁场。0BsI3 3、抗磁质磁化机理、抗磁质磁化机理电子轨道在外磁场作用下发生变化电子轨道在外磁场作用下发生变化无外磁场：无外磁场：分子中每个轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和不为零，但分子中每个轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和不为零，但是分子的固有磁矩等于零，所以不显磁性。是分子的固有磁矩等于零，所以不显磁性。加外磁场：加外磁场：分子中每个电子的轨道运分子中每个电子的轨道运动将

6、受到影响，从而引起动将受到影响，从而引起与外磁场的方向相反的附与外磁场的方向相反的附加的轨道磁矩，结果出现加的轨道磁矩，结果出现与外磁场方向相反的附加与外磁场方向相反的附加磁场，因而抗磁质的磁感磁场，因而抗磁质的磁感应强度比外磁场的磁感应应强度比外磁场的磁感应强度要略小一点。强度要略小一点。0BBmImpMV 分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元1mA单位单位（安安/米米）意义：意义：磁介质中磁介质中单位体积内分子单位体积内分子的合磁矩。的合磁矩。4 4、磁化强度、磁化强度三、磁介质中的安培环路定理三、磁介质中的安培环路定理充满均匀磁介质的螺线管充满均匀磁介质的螺线管+I+ADLBC各

7、向同性磁介质各向同性磁介质0()NIIdLMlI LBCBlBlI0dd 0d(d )llBlNIMl 0() dlBMlNII 引入引入磁场强度磁场强度H ,令令MBH0 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 IlHld0() dlBMlI m00BBHMH 00m0m0r(1)BHHHHH 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 dlBlI mMH 磁介质中的毕奥磁介质中的毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律02244rrrI leI leBrr ddd00()rrdddBBB0rBHB214rI leBHrddd四、磁滞现象四、磁滞现象 磁滞回线磁滞回线铁磁质的特性：铁磁质的特性：1

8、1在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度；在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度；2 2当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态；当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态；3 3磁感应强度与磁场强度之间不是简单的线性关系；磁感应强度与磁场强度之间不是简单的线性关系；4 4铁磁质在居里温度之上，铁磁性完全消失而成为顺铁磁质在居里温度之上，铁磁性完全消失而成为顺磁质。磁质。B B的变化落后于的变化落后于H H的变化的现象，叫做的变化的现象，叫做磁滞现象磁滞现象，简称，简称磁滞磁滞1R2RorI【例题9-7 】无限长圆柱形铜线，外面包一层相对磁导率为 的圆筒形磁介质。导线半径为 ，磁介质的外半径为 ，铜线内

9、通有均匀分布的电流I，如图所示。铜的相对磁导率可取为1，试求无限长圆柱形铜线和介质内外的磁场强度 与磁感应强度 。BH2R1Rr解：应用磁介质中的安培环路定理求解 取图示半径为 的圆形 闭合回路，在圆周上 的大小分别为常 数， 方向沿圆周切线方向，则rBB1R2Ror2102122RIrBRIrH，22112rRIrH10)1(Rr iIlHd21)2(RrRiIlHdIrH2rIBrIHr220，2)3(Rr iIlHdIrH2022IIHBrr，1R2Ror1R2Ror磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线饱和磁感应强度饱和磁感应强度Bm：剩磁剩磁Br：矫顽力矫顽力HC：铁磁质在交变电流的励磁下

10、反铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高，要损失复磁化使其温度升高，要损失能量，称为能量，称为磁滞损耗，磁滞损磁滞损耗，磁滞损耗耗与磁滞回线所包围的面积成与磁滞回线所包围的面积成正比。正比。铁磁质内的电子之间因自旋铁磁质内的电子之间因自旋引起的相互作用非常强烈，引起的相互作用非常强烈，在铁磁质内部形成了一些微在铁磁质内部形成了一些微小区域，叫做小区域，叫做磁畴磁畴。每一个。每一个磁畴中，各个电子的自旋磁磁畴中，各个电子的自旋磁矩排列得很整齐。矩排列得很整齐。在无外磁场的作用下磁在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消，能量畴取向平均抵消，能量最低，不显磁性。最低，不显磁性。铁磁质的磁化机制铁磁

11、质的磁化机制Current pulse -induced vortex core switching-200-1000100200-200-1000100200 core up core down Yc (nm)Xc (nm)J=7.1Mechanism: Vortex-antivortex pair creation and annihilation process.Yaowen Liu, S. Gliga, R. Hertel and C.M. Schneider, Applied Physics Letters. 91,112501 (2007)VVAVVV六、六、磁阻效应（磁阻效应（M

12、R）、巨磁阻效应）、巨磁阻效应(GMR)巨磁阻效应巨磁阻效应2007年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖法国法国 费尔费尔（Albert Fert） 德国德国 克鲁伯格克鲁伯格 （Peter Grnberg） u1988年，费尔和克鲁伯格各自发现了该特殊现象。年，费尔和克鲁伯格各自发现了该特殊现象。u非常弱小的磁场变化就能导致磁性材料发生非常显非常弱小的磁场变化就能导致磁性材料发生非常显著的电阻变化著的电阻变化. 应用：大容量的小硬盘应用：大容量的小硬盘！u法国的费尔在法国的费尔在铁、铬铁、铬相间的多层膜电阻中发现，相间的多层膜电阻中发现，微微弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化弱的磁场变化可以导致电阻大小的急剧变化，故称为，故称为巨磁阻效应巨磁阻效应(Giant Magnetoresistance Effects,GMR). u借助巨磁阻效应，制造出了高灵敏的磁头，能够清借助巨磁阻效应，制造出了高灵敏的磁头，能够清晰读出较弱的磁信号，且转换成清晰的电流变化。引晰读出较弱的磁信号，且转换成清晰的电流变化。引发了硬盘的发了硬盘的“大容量、小型化大容量、小型化”革命。如今，革命。如今，笔记本笔记本电脑电脑、音乐播放器音乐播放器等各类数码电子产品中所装备的硬等各类数码电子产品中所装备的硬盘，都应用了巨磁阻效应！盘，都应用了巨磁阻效应！第九章第九章 学习要求学