第七章-材料的磁性能-1解析学习教案

1、会计学1第七章第七章-材料材料(cilio)的磁性能的磁性能-1解析解析第一页，共24页。第1页/共24页第二页，共24页。磁矩磁偶极子的概念是讨论磁性材料的核心问题。与电荷不同，孤立的磁极是没有的。磁体的最小基元是小圆形电流（“分子电流”）一个小圆形电流所形成的磁场，在较远地方的分布情况和一个电偶极子的电场分布极为相似。因此(ync)一个小圆形电流可称作一个磁偶极子。一个电偶极子有它的电矩。一个磁偶极子(小圆形电流)有它的磁矩。 磁矩是一个(y )矢量，用m表示，其大小可表示为 mISI为小圆形电流的电流强度，S为小圆形电流的面积(min j)。磁矩的方向为它本身在圆心所产生的磁场方向。磁矩

2、是表示磁体本质的一个物理量，表征磁性物体磁性大小。磁矩愈大，磁性愈强，即物质在磁场中所受的力也大。磁矩只与物体本身有关，与外磁场无关。 7.1 磁学基本量及物质磁性分类磁学基本量及物质磁性分类7.1.1磁学基本量1.磁矩磁矩第2页/共24页第三页，共24页。2.磁场强度磁场强度(cchng qingd)一无限长螺旋管，每米有N匝，通过的电流(dinli)为I，管中心轴上的磁场强度大小为：HNI磁场强度(cchng qingd)单位H为Am-1第3页/共24页第四页，共24页。3.磁感应强度磁感应强度(qingd)00BH 710410 H m 第4页/共24页第五页，共24页。mpMV0BH(

3、HM) 磁化强度表征磁介质本身的磁化程度。在外磁场的作用下，在磁介质内任取一个体积单元，要求这个体积单元在微观(wigun)上要足够大，即包含足够数量的磁偶极子，但在宏观上要足够小，即能表征该处的磁化强度（M）。磁化强度的物理意义：单位体积的磁矩。 单位(dnwi)：A/m将材料放入磁场(cchng)为H的自由空间中，材料的磁感应强度B：第5页/共24页第六页，共24页。HEm BMHcos 【J/m3】磁矩与外加磁场(cchng)的作用能称为磁位能或静磁能。分析磁体相互作用，以及在磁场中所处状态是否(sh fu)稳定的依据。4. 磁位能磁位能(静磁能静磁能(cnng)单位体积磁铁所受力矩：s

4、inLMH第6页/共24页第七页，共24页。M/HB/H r00BB r1 宏观上，物体在磁场中被磁化的程度与磁场强度有关。体积磁化率(磁化率)和绝对(judu)磁导率定义为为正（ 同向时）为负（ 反向(fn xin)时）MHMH、5. 磁化率与磁导率磁化率与磁导率相对(xingdu)磁导率r定义为实质上是描述同一物理客观现象的磁性参量。r、第7页/共24页第八页，共24页。磁场和电场重要物理量及公式(gngsh)对比第8页/共24页第九页，共24页。7.1.2 物质的磁性(cxng)分类第9页/共24页第十页，共24页。第10页/共24页第十一页，共24页。第11页/共24页第十二页，共24

5、页。第12页/共24页第十三页，共24页。第13页/共24页第十四页，共24页。第14页/共24页第十五页，共24页。磁性(cxng)根源 电子绕原子核运动，产生(chnshng)电子轨道磁矩； 电子本身自旋，产生(chnshng)电子自旋磁矩。7.2 原子和离子原子和离子(lz)的固有磁的固有磁矩矩7.2.1孤立原子本征磁矩1. 电子轨道磁矩电子轨道磁矩2llePmc 2lPmrllPn nl：角量子数(2 )h2llenmc第15页/共24页第十六页，共24页。2lBemc第16页/共24页第十七页，共24页。 用量子力学波函数来描述(mio sh)电子运动 ：轨道量子数，(代表(dibi

6、o)s，p，d，f等电子态)， 可取值0，1，2，3， ， (n-1)。 ：磁量子数，可取值0，1， 2， l，共（2l+1）个值 说明电子(dinz)轨道磁矩在磁场中的投影值是量子化的。m根据量子理论,在外电场下,轨道磁矩在外磁场方向的投影值 并不能任意取值,而只能取(1)lPl l(1)lBl ll HlBml H第17页/共24页第十八页，共24页。在填满了电子的次电子层（s、p、d、f、）中，各电子的轨道运动分别占据了所有可能的方向，形成一个球形对称体系，因此合成的总轨道角动量等于零，总轨道磁矩也等于零。所以在计算原子的总轨道磁矩时，只考虑未填满的那些(nxi)次壳中电子的贡献。第18

7、页/共24页第十九页，共24页。sB2 s(s 1) s：自旋(z xun)量子数，可取值1/2s HsB2m自旋磁矩在外磁场(cchng)方向的分量：ms：自旋(z xun)角动量方向量子数，可取值如果在s、p、d、f等次电子层填满了电子时，电子总自旋磁矩也为零。所以，计算原子的总自旋磁矩时，只需要考虑未填满的那些次壳层中各电子的贡献。122. 电子自旋磁矩电子自旋磁矩电子自旋运动是由于量子力学效应，在宏观物体中还找不出一种运动与之对应。实验和量子力学已证明电子在作轨道运动的同时还绕自身的轴作自旋运动，自旋运动产生的磁矩S为第19页/共24页第二十页，共24页。原子磁矩为电子(dinz)轨道

8、磁矩与自旋磁矩的总和。耦合方式(fngsh)：J-J耦合L-S耦合原子序数大于82时，各电子(dinz)轨道磁矩与自旋磁矩作用较强。各个电子(dinz)的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成电子(dinz)的总磁矩后，再由各个电子(dinz)的总磁矩耦合成原子的总磁矩。原子序数小于32时，由于电子轨道磁矩与自旋磁矩作用较弱，而电子的轨道磁矩间，自旋磁矩间强相互作用。因此原子内各电子的轨道磁矩先组合成原子总的轨道磁矩，各电子的自旋磁矩先组合成原子的总的自旋磁矩，然后两者再耦合成原子的总磁矩。原子序数介于两者之间时，两种耦合均存在；随着原子序数增加，由L-S耦合向J-J耦合转化。3. 原子总磁矩原子总磁矩第2

9、0页/共24页第二十一页，共24页。J HJJBg m原子(yunz)总磁矩在外磁场方向的分量：mJ：原子(yunz)的磁量子数（总磁量子数），可取值0，1， 2， JJLS 原子(yunz)磁矩：JJ(J1)S(S 1)L(L 1)g12J(J1) JJBgJ(J 1) JL1S2B1B2coscosL(L 1)cos2 S(S 1)cos L为原子总轨道角量子数；S为原子总自旋量子数。gJ：朗德（Lande）因子，其值一般在12之间。J：原子总角量子数；第21页/共24页第二十二页，共24页。当mJ取最大值J时，得到(d do)原子磁矩在磁场方向的最大分量： 它和物质的磁性密切相关。J HmaxJB()g J第22页/共24页第二十三页，共24页。（1）在泡利（Pauli）原理许可的条件(tiojin)下，总自旋量子数S取最大值；（2）在满足（1）的条件(tiojin)下，总轨道角动量量子数L取最大值