物质磁性及其应用

关于物质磁性及其应用一.

前言：

人类对磁性的认识和应用有着悠久的历史。

以下是我们在电磁学课中见到的磁现象

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磁性是物质一种比较少见的只在少数地方得到应用的现象呢？还是一种存在非常普遍应用非常广泛的现象呢？第10页,共61页，2024年2月25日，星期天正确的答案是：磁性是物质的基本属性，就像物质具有质量和电性一样。换句更简单的话说就是：

一切物质都具有磁性。第11页,共61页，2024年2月25日，星期天

物质磁性的研究和应用已经在人类社会生活的各个方面都得到深入而广泛的发展。磁现象的研究和应用依然是21世纪科学技术研究的重要领域。第12页,共61页，2024年2月25日，星期天第13页,共61页，2024年2月25日，星期天

物质磁性的起源：

安培分子电流学说组成磁铁的每个分子都具有一个小的分子电流，经过磁化的磁铁其小分子电流都定向规则排列第14页,共61页，2024年2月25日，星期天第15页,共61页，2024年2月25日，星期天第16页,共61页，2024年2月25日，星期天

现代科学认为物质的磁性来源于组成物质中原子的磁性原子中外层电子的轨道磁矩电子的自旋磁矩原子核的核磁矩第17页,共61页，2024年2月25日，星期天第18页,共61页，2024年2月25日，星期天

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原子的总磁矩应是按照原子结构和量子力学规律将原子中各个电子的轨道磁矩和自旋磁矩相加起来的合磁矩第20页,共61页，2024年2月25日，星期天第21页,共61页，2024年2月25日，星期天总的来说，组成宏观物质的原子有两类：一类原子中的电子数为偶数，即电子成对地存在于原子中。这些成对电子的自旋磁矩和轨道磁矩方向相反而互相抵消，使原子中的电子总磁矩为零，整个原子就好像没有磁矩一样，习惯上称他们为非磁原子。第22页,共61页，2024年2月25日，星期天

另一类原子中的电子数为奇数，或者虽为偶数但其磁矩由于一些特殊原因而没有完全抵消使原子中电子的总磁矩（有时叫净磁矩，剩余磁矩）不为零，带有电子剩余磁矩的原子称作磁性原子。第23页,共61页，2024年2月25日，星期天

以上关于物质磁性惟一来源于磁矩的观点，统称为《磁矩学说》，或称为《磁偶极矩学说》。他的一个很明确的结论是不存在磁单极。

1931年狄拉克从理论上论证了磁单极子存在的可能性。但至今还未曾从实验上发现磁单极子。第24页,共61页，2024年2月25日，星期天第25页,共61页，2024年2月25日，星期天

物质磁性的分类抗磁性：顺磁性：铁磁性：亚铁磁性：反铁磁性：第26页,共61页，2024年2月25日，星期天第27页,共61页，2024年2月25日，星期天第28页,共61页，2024年2月25日，星期天第29页,共61页，2024年2月25日，星期天第30页,共61页，2024年2月25日，星期天第31页,共61页，2024年2月25日，星期天

磁性材料的广泛应用现代文明社会离不开磁性材料描述材料性质的主要参数：内禀磁性：饱和磁化强度；居里温度；磁晶各向异性；磁致伸缩系数；技术磁性：磁导率；矫顽力；剩余磁化强度；损耗；第32页,共61页，2024年2月25日，星期天第33页,共61页，2024年2月25日，星期天第34页,共61页，2024年2月25日，星期天分类：永磁材料；（硬磁材料）经外磁场磁化去掉磁场后，能长时间保留其较高剩余磁化强度且不易受外界干扰的强磁材料。主要用来提供一个稳定的有一定强度和分布的磁场。软磁材料：矫顽力很低，既容易被外场磁化，又容易退磁的强磁材料。主要用于电磁能的转换。第35页,共61页，2024年2月25日，星期天第36页,共61页，2024年2月25日，星期天第37页,共61页，2024年2月25日，星期天信磁材料：在信息技术中有重要应用的一类。磁记录材料；磁记录材料；磁头用材料；矩磁材料；用于存储器磁泡材料；旋磁材料；磁光材料。第38页,共61页，2024年2月25日，星期天特磁材料：利用磁效应的一类材料。磁效应：物质的磁性和磁场会影响到物质其他物理性质的变化，同时，物质其他性质的变化也会引起物质磁性的变化，前者被称为磁效应，后者称为逆效应。磁力效应磁电效应磁热效应磁光效应第39页,共61页，2024年2月25日，星期天第40页,共61页，2024年2月25日，星期天第41页,共61页，2024年2月25日，星期天第42页,共61页，2024年2月25日，星期天第43页,共61页，2024年2月25日，星期天第44页,共61页，2024年2月25日，星期天

磁共振及其应用磁共振是物质磁矩系统在恒定磁场和一定频率的交变磁场的同时作用下，且恒定磁场和交变磁场频率满足一定关系时，磁矩系统从交变磁场中吸收能量的现象。第45页,共61页，2024年2月25日，星期天电子顺磁共振；（电子自旋共振）铁磁共振；亚铁磁共振；反铁磁共振；核磁共振；第46页,共61页，2024年2月25日，星期天

生物磁现象

生物材料的磁性及其变化包含生命活动的信息。脑磁图；心磁图；肺磁图外磁场对生物体和生命活动有着重要影响。第47页,共61页，2024年2月25日，星期天第48页,共61页，2024年2月25日，星期天第49页,共61页，2024年2月25日，星期天第50页,共61页，2024年2月25日，星期天第51页,共61页，2024年2月25日，星期天

磁电子学的发展和应用利用磁有序材料中，磁有序可能对电子运动产生影响的效应做成电子器件。巨磁阻效应：导电电子的自旋磁矩如果顺着磁有序材料的电子自旋方向前进，材料处于低电阻状态；反之，如果垂直于自旋方向，则呈高电阻状态。第52页,共61页，2024年2月25日，星期天第53页,共61页，2024年2月25日，星期天下一世纪可能的新器件：自旋阀开关元件自旋阀固体三极管巨磁效应随机存储器第54页,共61页，2024年2月25日，星期天第55页,共61页，2024年2月25日，星期天第56页,共61页，2024年2月25日，星期天第57页