2021-2022学年高二物理竞赛课件：铁磁性(Ferromagnetism)

1、铁磁性(Ferromagnetism)12铁磁性(Ferromagnetism) 一、自发磁化强度(spontaneous magnetization) 铁磁晶体相邻原子之间存在着交换作用，致使它们的磁矩平行排列，在一定温度以下，热运动不足以破坏这种有序性。 物质铁磁性不仅是原子或离子磁性反映，更是晶体中相邻原子或离子之间相互作用的反映。 交换作用使铁磁质内部一定范围内的原子或离子磁矩平行排列，无外磁场作用时，宏观体积内（磁畴）已具有一定的磁化强度，为铁磁质的自发磁化强度。 不同的铁磁质具有不同的自发磁化强度。3二、居里温度 (Curie temperature) 温度超过某一临界温度时，交换

2、作用不足以克服热运动作用，铁磁质自发磁化强度将消失。这个临界温度称为铁磁质的居里温度或居里点。 铁磁质处于居里温度以上铁磁性转变为顺磁性。铁的居里温度是770, 铁硅合金690等。三、铁磁体内的磁畴(magnetic domain)结构a 片形畴（L=8微米）； b 蜂窝畴（L=75微米）； c 楔形畴图 几种铁磁材料的磁畴结构，其中a、b为Ba铁氧体单晶基面上的磁畴结构，L为晶体厚度；c 为钴的两个晶粒上的磁畴结构4铁磁体的两种磁化途径 磁场较低时，与外磁场方向相同或相近的磁畴体积增大， 方向相反或夹角接近180的磁畴体积将缩小；磁场较高时，每个磁畴将作为一个整体转到外磁场方向。 磁化达到饱

3、和后撤除外磁场，铁磁体将重新分裂为很多磁畴，但每个磁畴状况和磁化强度取向，并不恢复到原先没加外磁场的情形。铁磁质的磁化过程表现出不可逆性。 这种现象称为磁滞现象。 在无外磁场作用时自发分裂为很多小区域称为磁畴。每个小区域内原子或离子磁矩平行排列，而各磁畴取向平均抵消，能量最低，整个铁磁体对外不显示磁性。5a. 未磁化时状态，O点b. 畴壁可逆位移阶段OA段c. 不可逆的磁化AB段d. 磁畴磁矩的转动BC段e. 趋于饱和的阶段CS段在外磁场撤消后，铁磁质内掺杂和内应力或因为介质存在缺陷阻碍磁畴恢复到原来的状态 四、磁化过程与磁滞现象 (magnetic hysteresis) OMs6Mr 剩余

4、磁化强度MHMsMrO OS 起始磁化曲线, 通常不是直线,铁磁体m 不是常量 Ms 饱和磁化强度Hc 矫顽力：使铁磁体剩余磁化强度全部消失时所必须施加的反向磁场。 MH不是单值对应关系 参量B与H间的关系也表现为类似的闭合曲线。铁磁体磁化过程的这种不可逆性，称为磁滞现象。 随着磁场强度的变化，铁磁体的磁状态沿着一闭合曲线变化，此闭合曲线就称为磁滞回线。S 7 不同铁磁材料具有不同形状的磁滞回线 BHHc-Hc磁性材料的分类及其应用 按应用类型可分为： BHHc-Hc1. 软磁材料：易磁化、易退磁，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长。 如硅钢、坡莫合金、锰锌铁氧体和镍锌铁氧体等。2. 永(

5、硬)磁材料：长期保留剩磁矫顽力大(102Am-1)剩磁大， 如碳钢、铝镍钴、稀土钴、钕铁硼和钡铁氧体等。用途：作永磁体用于磁电式电表、耳机、扬声器等用途：作变压器，还用于继电器、电机以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒8 3.信磁材料: Br=Bs ，Hc不大，矩形磁滞回线。当正脉冲产生，H Hc使磁芯呈+B态，负脉冲产生，H Hc使磁芯呈 B态，可作为二进制的两个态。 用于计算机硬盘和软盘，录音、录像磁带等。 BHHc-Hc磁记录 ： Fe2O3 、CrO2磁粉、Fe磁膜和Co-Cr磁膜等 磁头 ：Mn-Zn铁氧体、FeSiAl系合金等 矩磁材料 ：Mg-Mn、 Li-Mn铁氧体，Fe-Ni-(

6、Mn)系膜 微波材料： Ni-Zn和Y铁氧体等。在微波波段使用，磁滞回线狭小，而且还必须具有很高的电阻率。 9 4. 特种磁性功能材料: 压磁材料、磁电阻材料磁制冷材料磁性液态材料纳米强磁材料复合强磁功能材料10 5.磁屏蔽 用软磁材料（如坡莫合金）做成的闭合空腔，由于空腔的磁导率比外界大得多，绝大部分磁感线从空腔壁内通过，而不会有外磁场进入腔内，达到磁屏蔽的目的。 把磁导率不同的磁介质放在磁场中，在介质交界面上磁场会发生突变，磁感应强度大小和方向都要发生变化而引起磁感线折射。这时磁感线对界面法线的偏离很大，产生强烈的收缩。 磁屏蔽11 从以上分析可以看出长直载流螺线管的磁场分布情况：在螺线管中心区域为均匀