各种磁介质磁介质的分类.ppt

北京大学物理学院王稼军编 北京大学物理学院王稼军编 各种磁介质磁介质的分类 第一页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 抗磁质 抗磁质分子的固有磁矩m分子= ml+ ms＝0 不存在由非零的分子固有磁矩规则取向引起的顺磁效应。磁性来源？ 抗磁质磁性起源于电子轨道运动在外磁场下的变化 电子轨道运动为什么会变化？原因：在外磁场下受洛伦兹力 第二页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 分子磁矩的由来 在原子或分子内，一般不止有一个电子 分子磁矩：所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和m分子= ml+ ms＝0 电子轨道磁矩 与角动量方向相反 电子自旋磁矩 若所有电子的总角动量（含轨道和自旋）为零，抗磁 所有电子的总角动量（含轨道和自旋）不为零 ，顺磁 第三页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 外磁场对电子轨道运动的影响 p240 外磁场作用在一个抗磁原子上，考虑电子的轨道运动(设电子角速度平行于外磁场) 求无外磁场时的角速度 ?0(电子只受库仑力） 加外磁场B0，电子受库仑力、洛伦兹力（指向中心），假设轨道的半径不变（相当于定态假设），设洛伦兹力远小于库仑力 第四页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 洛伦兹力远小于库仑力，高阶无穷小，略 考虑电子角速度反平行于外磁场，有同样结论，??的方向总是与外磁场B0相同 电子角速度改变将引起电子磁矩改变 总是与外磁场方向相反 第五页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 当介质处于磁场中时，每个电子磁矩都受到磁力矩的作用 第六页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 铁磁质 起始磁化曲线：Ms、Bs分别为饱和磁化强度和饱和磁感应强度 M～H、B～H之间的关系是非线性和非单值的 特点 其中M的值相当大； M与H不成正比关系，甚至也不是单值关系。实验表明，M和H间的函数关系比较复杂，且与磁化的历史有关。 铁磁质的M与H、B的关系通常通过实验测定 第七页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 磁滞回线 MR：剩余磁化强度 BR: 剩余磁感应强度 HC：矫顽力。 在上述变化过程中，M和B的变化总是落后于H的变化，这一现象称为磁滞现象;上述曲线叫磁滞回线。 P244 第八页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 磁滞损耗 当铁磁质在交变磁场作用下，反复磁化是由于磁滞效应，磁体要发热而散失热量，这种能量损失称为磁滞损耗。 可以证明：B－H图中磁滞回线所包围的“面积”代表在一个反复磁化的循环过程中单位体积的铁芯内损耗的能量 磁滞回线越胖，曲线下面积越大，损耗越大； 磁滞回线越瘦，曲线下面积越小，损耗越小 证明 p245，算电源要抵抗感应电动势做功 第九页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 证明以有闭合铁芯的螺绕环为例 设t时刻介质处于某一磁化状态P，此处H0，B0 dt内， P——P’ ，铁心中磁通改变量为d? 电源抵抗感应电动势做功 周长 第十页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 铁磁质磁化机制 自发磁化区 近代科学实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中电子自旋磁矩可以在小范围内“自发地”排列起来，形成一个个小的“自发磁化区”——磁畴 自发磁化的原因是由于相邻原子中电子之间存在着一种交换作用（一种量子效应），使电子的原子磁矩平行排列起来而达到自发磁化的饱和状态 单晶和多晶磁畴结构的示意 第十一页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 磁化过程示意 a：未磁化时状态 b：畴壁的可逆位移阶段—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 等于每个磁畴中原有的磁化强度 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 第十二页，共十八页，2022年，8月28日 2005.4 北京大学物理学院王稼军编 磁畴 影响铁磁质磁性的因素 温度对磁性有影响——居里点高过居里点铁磁性就消失，变为顺磁质。如纯铁的居里点为1043K，镝的居里点为89K； 强烈震动会瓦解磁畴 尺寸影响磁畴结构性——介观尺度下有新现象 介观尺度：即介于宏观尺度与微观尺度之间，一般为0.1——100nm a 片形畴（L=8微米）；