第一章 磁学基础知识

1、1.1静态磁现象1.2材料的磁化1.3磁和磁材料的分类明确统一了相关物理量的定义、符号、单位和相关公式，为深入学习建立了平台。归纳和总结物质磁性的宏观表现，明确本过程中要解决的问题。这些内容都是最基础的，最普遍的，大家应该熟悉和熟悉的。第一章磁性基本知识，物质的基本属性，正如质量一样，其特性是物质必须在非均匀磁场内受到磁力的作用。在有梯度的磁场中，物质力的大小和方向反映了物质磁性的特征。磁场：在场中运动的电荷受到作用力的物理场。电磁学中给定的定义：(见电磁学p202，如Hu you quiu)；f:运动电荷q施加的力；问：殿下；v:电荷转移速度；b是表征磁场方向和大小的物理量，称为磁通量密度或

2、磁感应强度。相应的单位为特斯拉(T=NA-1m-1=Wbm-2)。1.1静态磁现象，磁：磁被定义为非均匀磁场中物质受磁力作用的性质。磁场不能再定义了。也就是说，物质受磁力作用的场是相互定义不科学的，因此在场内运动的带电粒子受的力决定的，这种力称为洛伦兹力，它起到了使带电粒子路径弯曲的作用。洛伦兹力的大小与电荷量q、电荷移动速度v和磁通量密度b的乘积成正比，方向垂直于v和b形成的平面，与非均匀磁场中磁性物质接收的磁力相比，性质完全不同，可以避免磁场再次自定义引起的问题。由于历史上曾使用磁电来定义磁场，所以先用磁场强度定义，再用移动电荷的力确定磁场，然后只能用磁通量密度(磁感应强度)来表示磁场。m

3、:物质的磁化强度；真空磁导率：使用磁通量密度(磁感应强度)表示磁场时，磁通量强度h作为与磁场任意点的磁通量密度相关联的一个辅助向量被引入。没有磁介质存在(M=0)表示传导电流产生的磁场的两个物理量之间存在简单的关系。磁场强度的单位是：空间总磁场是传导电流和磁化电流产生的磁感应强度的矢量和。请注意，磁性物质在磁场中磁化，磁化m和磁场强度h的关系：在此关系中磁化和磁场强度是相同的维度，所以这里的磁化率是无量纲的，是纯粹的数字，但在公式中磁化率定义为单位体积的磁矩，因此，公式中的磁化率隐含着单位体积磁化率的意义。理论推导和测量经常使用两种不同的定义：质量磁化率：d是材料的密度(kg)。m-3)分子磁

4、化率：n是每mol的物质量，在文献复习中要注意多种磁化率的不同使用。磁化率的正负大小反映了物质磁性的特性。大致可以分为： (经常有说磁性和非磁性物质不科学的习惯)强磁性物质：0，例如铁，Fe3O4弱磁性物质：顺磁性物质：01，例如氧，铝抗磁性物质：0，| | 1，)，磁化m和磁极强度j:都是表示物质磁化状态的量。磁化m是物质单位体积的磁矩：银区域为s的电流为I的环形电流的磁矩。单位为a. m2，因此磁化的单位为a，m-1等于磁场强度h的单位。，磁极强度j被定义为材料单位体积的磁偶极矩。JM是磁偶极，长度为l，磁电荷为QM。其单位是Wb m。m-2(与磁感应强度b单位t特斯拉相同)，两个物理量之

5、间的关系如下：有些文献没有区分两个数量的名称，但可以从使用的单位中区分。磁介质存在时上述物理量之间的关系：0为绝对磁导率，=1为相对磁导率，无量纲量，为简便起见，也称为(介质)磁导率。磁化率和磁导率以不同的方式表达材料对外部磁场的反应，反映了材料最重要的特性。因为是两个向量之间的关系，所以一般都是张量。文献中的单位：a. m2。kg-1，d是物质的密度，实际上是单位质量物质的磁矩矢量和。磁场：有限形状大小的磁石在外部磁场中磁化时，表面会产生磁极，使磁石内部存在一种与磁化m方向相反的磁场，并起到磁化衰退的作用，这称为磁场Hd。如果磁铁同时受到外部磁场的影响，则磁体内部的有效磁场为：Hd的大小与磁

6、铁形状和极强度有关。磁铁的磁化强度均匀时，磁场也均匀表示。也就是说，n称为脱子系数，大小取决于样品的几种形状和选择的坐标，与m无关，通常是二次张量。均匀磁化的磁体中外磁场、激射磁场、有效磁场三种关系图、旋转椭球形样品的磁化是均匀的，如果我们选择坐标系与椭球的主轴相匹配，激射磁场的三个分量可以表示为：如果本身不是椭球形，那么在均匀外场中磁化也不是恒定的，此时激射磁场的大小和方向取决于位置，很难用脱磁系数表示。在CGS单位值中，旋转椭球的极限：很明显，磁在磁化过程中受到磁磁场的作用，产生退磁能量，这是在磁化逐渐增加过程中由外部作用累积的，对于单位体积内由统一材料制成的椭球样品，很容易得到；n是磁化

7、方向的脱字因子。对于非球面样品，当在不同方向磁化时，脱磁场能量的大小不同，这种形状产生的脱磁场可以根据磁化方向变化，通常也称为形状各向异性能量。脱磁能的存在是自发磁化后强磁铁显示磁球的主要原因。适用条件：磁铁内部均匀，磁化均匀。退磁场对样品磁性能的影响很明显。退磁场在曲线斜率、所有材料特性表中给出的磁导率等值，在有效磁场的数值、材料特性的实际测量中，必须最大限度地克服退磁场的影响。参见，p19，环样本退磁场为0，磁极强度j磁体在外部磁场h，即磁极强度和外部磁场在同一方向的力矩作用。如果旋转磁铁使j和h的角度增加，则通过对磁铁施加力，磁铁的能量增加。外部磁场能量，外部磁场能量，1.2。材料的磁化

8、，1，磁化曲线表示磁场强度h和诱导b或m之间的关系o点。h=0，b=0，m=0，磁中性或原始脱磁状态OA段：近似线性，初始磁化阶段AB段：在更陡的磁化HHm之后，m逐渐向恒定值MS(饱和磁化)方向前进，而b继续增加(原因？)b-h (m-h)曲线可获得或，磁化曲线是反映材料特性的基本曲线，其中可获得标志材料的参数饱和磁化Ms、起始磁化率a和最大磁化率m。Ms可以理解为在此温度下自发磁化M0，磁电阻材料磁化曲线，顺磁性材料磁化曲线，磁感应强度磁场曲线中获得。起始投资率最大投资率，剩余磁化强度Mr，矫顽力Hc，2。磁滞回线磁滞回线，从饱和磁化状态开始，减少磁化场，b或m不再沿原始曲线旋转。当H=0

9、时，有一些剩馀的Br或Mr。要使B(M)为零，必须反过来添加磁场。此时，H=Hc被称为矫顽力。BHC:创建b=0的HC。MHc: m=0的内部固有矫顽力(Hc)常规| BHC | | MHC |，矫顽力Hc是对材料磁化后保持磁化状态的能力的表征。H从正最大值到负最大值，返回正最大值，B-H或m-h形成闭合曲线磁滞回线。(磁性材料的重要特性之一)磁滞回线的第二象限是表征永磁材料能量大小的磁阻曲线(检查硬磁性材料特性时)。(BH)max是永磁体的重要特性参数之一。单击对tu磁性曲线中的b进行操作，并获得与b的关系曲线。磁化曲线和磁滞回线是反映许多磁性特性的磁性材料的重要特性，例如、MS(Bs)、M

10、r(Br)、BHC(MHC)、(BH)max等。B-H循环和M-H循环。不同的循环形状反映了不同的磁性特征，并具有不同的应用程序。研究凝聚性物质各种磁性表达的原因是磁性物理学的主要课题，其中强磁性物质在技术领域发挥着卓越的作用，因此影响强磁性物质磁性的机制是我们过程中最关心的问题。1.3磁性和磁性材料的分类，固体磁性特性，原子、离子的磁矩(净、磁电阻)晶体结构和晶体场类型(自旋、轨道贡献)相邻原子、电子之间的相互作用(磁对准)，为了便于研究物质磁性特性的原因，例如磁化率的正和随着研究的进行，分类也在20世纪70年代之前的结晶固体中发现了五种主要类型的磁结构物质，其形成机制和宏观特性各不相同，因

11、此对这一成功的解释形成了当今磁物理学的核心内容。20世纪70年代以来随着非晶材料和纳米材料的出现，发现了一种新型磁性，对它们的研究还在深化，过程只是初步介绍。1.19世纪后半期开始发现和研究的一种弱磁性物质的磁性分类。最基本的特点是磁化率为负，绝对值很小，0，1是通过反转外部磁场中反磁性产生的磁化和磁场，在非均匀磁场中磁场减小的方向推进的。因此，也称为反磁性。典型的反磁性物质的磁化率是常数，不会随着温度、磁场而变化。有几条异常。深入研究表明，典型的反磁性是由于轨道电子在外部磁场中受到电磁作用而产生的，因此所有物质都有一定的磁电阻，但构成原子(离子)或分子的磁只有在其距离为零、没有其他磁力的物质

12、中才会出现在外部磁场中。外场中显示半自动的物质叫半自动。除了轨道电子的反磁性外，传导电子具有一定的反磁性，并产生反常现象。1 .磁电阻(Diamagnetism)，自然界的很多物质都是磁电阻物质。周期表中三分之一的元素，大部分有机材料和生物材料都是磁阻材料。稀有气体：He，Ne。Ar，Kr，Xe大多数非金属和少数金属：不包含Si，Ge，S，P，Cu，Ag，Au，过渡元素的离子晶体：不包含NaCl，KBr，过渡元素的共价化合物：H2，CO2异常的磁电阻材料：Bi、Ga、Zn、Pb、磁化率与磁场、温度有关。广义上，超导体也是一种反磁性物质，=-1其机制完全不同，不是我们讨论的。，-1.9 -7.2

13、 -19.4 -28.0 -43，见生姜p25，CGS单位分子磁化率，它们的电子壳都充满壳，原子磁力为零。CGS单位系统的磁磁化率的典型值为10-6cm3mol-1。均匀转换为体积磁化率的值，体积级别为10-6。换成SI单位制的话，要乘以4 ，再量10-5。基特尔书资料(2002)，冯索普斯基现代磁学 (1953)见p74，20 部分半磁性金属的分子磁化率(CGS单位):另一种弱磁性，是从19世纪末开始发现和研究的。最基本的特征是磁化率为正，数值非常小，磁化率为00，磁化率大，磁化率值是温度和磁场的函数。磁变存在的特性温度居里温度TC在低于居里温度时表示铁磁，在高于居里温度时表示顺磁性，磁化率

14、温度关系遵循居里-外力的规律。居里温度附近比热等性质异常。磁化m和磁场h之间不是单值函数，具有滞后效应。构成这种物质的原子也有一定的磁矩，但宏观成果与顺磁性完全不同。解释强者的原因成为人类智力的最大挑战。虽然经过近百年的努力，有比较成功的理论，但仍有很多问题需要解决。3 .铁磁性(Ferromagnetism)，像铁磁性一样工作的元素物质只有少数：一些过渡族元素和稀土元素金属：但是以上述元素为基础的铁磁性合金和化合物很多，它们构成了磁性材料的主体，在技术上起着重要作用。例如，Fe-ni、Fe-si、Fe-co、al Nico、cro 2、euo、gdc L3、室温以上，只有4种元素是铁磁。请参

15、阅Kittel固体物理8 p227版，生姜p52也略有差异。反铁磁是1936年法国科学家尼尔理论上预言的，1938年发现，1949年中子实验证实，其基本特征是磁转换温度存在，在此点磁化率温度关系达到了顶峰。4 .反铁磁性，弱磁性！(见磁铁的P9应用)，文献也经常以磁化率逆和温度关系绘制：铁磁，低温下以反铁磁出现的物质，超过磁变化温度(通常称为Neel温度)后成为顺磁性，磁化率温度关系为居里-外斯定律：注意-，磁化率复杂，Tp，Tp，Tp，TC，反铁磁材料主要是FeO，MnO，nio，COO，cr2o3，FeCl 2，fef 2，Mn F2，FeS，MnS第一种反铁磁材料，过渡温度122K。该表取自基特尔书2005中门板p236，反铁磁材料的过渡温度一般较低，因此仅在低温下观察到反铁磁。Tp，是人类最先发现和使用的强磁性材料，天然磁铁Fe3O4，从20世纪30-40年代开始人工合成了一些铁磁性氧化物，但是宏观磁性和铁磁性物质相似，很长时间没有认识到其特殊性，直到1948年Neel以反铁磁理论为基础创立了第一铁磁性理论后，他才意识到磁结构的本质上类似于反铁磁性物质。但是宏观成果更接近铁性物质。对这种材料的研究和利用克服了金属铁磁性材料电阻率低