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1、第二十一章磁性（magneticproperties）磁偶極(magneticdipole)磁場向量磁矩來源(magneticmoment)反磁與順磁(dia-,para-)鐵磁、反鐵磁與亞鐵磁(ferro-,antiferro-,ferri-)1溫度對磁性影響磁區(domain)與磁滯(hysteresis)軟磁材料(soft-)硬磁材料(hard-)高能硬磁材料磁儲存、超導性2Magnesia:mineralingredientofthephilosophers'stone,fromMedievalLatin,fromGreek,akindofore,from
2、Magnesia,anancientcityofAsiaMinor磁：慈石3十二世紀：中國人航海十八世紀：Coulomb研究磁石作用1820：Oersted（1777-1851），電流偏折磁針電荷使電場扭曲（distortion）：磁場磁場是電場相對論性質副產品4磁性發電機、變電器、馬達、收音機、電視、電話、計算機、視聽系統鐵、某些鋼鐵、天然磁石磁場對所有物質都有影響5磁偶極(magneticdipole)磁場、磁力線(fieldline)想像的工具(imaginarytool)電流圈(currentloop)、磁棒(bar)67磁偶極與電偶極相似想像為一包含南北
3、極小磁棒由箭頭代表，由南指向北磁場對磁偶極產生一力矩：順向89磁場向量磁場強度（magneticfieldstrength）H：外加磁場如磁場由一圓柱形線圈（螺形線圈）產生設線圈含有N密接圈、長度為L，電流IH=NI/L10磁感應（magneticinduction）B磁通量密度（magneticfluxdensity）物質內部磁場B=μHμ：導磁率（permeability）11真空中B0=μ0Hμ0：真空導磁率1.257x10-6H/m1213相對導磁率：μ/μ0材料磁化程度外加磁場引致磁感應之難易14磁化（magnetization）MB=μ0H+μ0MB=
4、B0+μ0MM=χmHχm：磁化率（magneticsusceptibility）15B=μ0H+μ0M=μ0(1+χm)B=μH=μrμ0Hχm=μr–116磁矩來源磁性由電子磁矩而來軌道運動自旋1718最基本磁矩：Bohr磁子（magneton）μBPaulisoonintroducedtheatomicmagnetonandnameditafterNielsBohr.（1925）9.27x10-14A-m2自旋磁矩：±μB軌道磁矩：mlμB1920原子磁矩各電子磁矩總和原子電子層或次層完全填滿：磁矩為零He,Ne,Ar以及某些離子材料21反磁性（diamag
5、netism）與順磁性（paramagnetism）反磁性：由外加磁場改變電子軌道運動而來μr<1所有材料中，弱2223順磁性某些固體材料：軌道運動與/或（and/or）自旋磁矩不完全註銷，永久磁矩隨意指向μr>110-5–10-2242526鐵磁性大而永久磁化Fe,Co,Ni,Gd磁化率：1062728B=μ0M電子自旋磁矩偶合相互作用：電子自旋對齊偶合作用受電子結構影響磁域（domain）29飽和（saturation）磁化最大（maximum）磁化飽和磁通量密度淨磁矩與原子數目乘積Fe:Co:Ni=2.22:1.72:0.630例21.1Ni之飽和磁化與飽和
6、磁通量密度Ms=0.60μBNN=9.13x1028atoms/m3Ms=5.1x105A/mBs=μ0Ms=0.64tesla3132反鐵磁性（anti-ferromagnetism）電子自旋對齊與磁場反向MnOMn2+，O2-Mn2+：淨磁矩，主要為自旋磁矩鄰近Mn2+磁矩反向：淨磁矩=03334亞鐵磁性（ferrimagnetism）淨磁矩來源MFe2O4Fe3O4：磁石35363738例21.2Fe2O3之飽和磁通量密度立方晶包：8Fe2+,16Fe3+，a=0.839nmMs=N’μBN’=nB/Vc8x4=32Ms=5.0x105A/m39設計例21.
7、1設計Ms為5.25x105A/m磁石材料nB=33.45Bohrmagneton8[5+4(1-x)]=33.45x=0.181用Mn取代40溫度對磁性影響熱振動：磁矩轉向較易溫度升高：磁化降低Curie溫度（Tc）：M=0Tc：768（Fe），1120（Co），335（Ni），586（Fe3O4）0CNeel溫度：反鐵磁M=04142磁域（domain）與磁滯（hysteresis）Hysteresis:Greek,ashortcoming,fromhusterein,tocomelate,fromhusteros,late磁域：磁矩同方向區域磁域界（doma
8、inbou
