材料物理性能-龙毅 3-1、3-2 材料磁性概述、磁性起源和原子磁矩ppt课件.ppt

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1、第3章材料的磁性能本章主要内容★材料磁性概述★磁性起源和原子磁矩★自发磁化理论★磁各向异性，磁致伸缩和退磁场★磁性材料的磁化磁畴、技术磁化、动态磁化等★主要的铁磁性材料★测量及应用★磁电阻效应3.1材料磁性概述毕奥-萨伐尔定律1820年，法国物理学家毕奥和萨伐尔根据电流磁作用的实验结果分析得出电流元产生磁场的规律。电流元Idl在空间P点产生的磁场dH为：磁场的方向同时垂直于I、r无限长载流直导线的磁场强度H=I/2πr无限长螺线管产生的磁场螺线管中心处的磁场强度：n:线圈匝数l:线圈长度I：电流环形线圈沿x轴的磁场强度：载流环形线圈圆心的磁场强度H=I/2r与磁偶极子产生的磁偶极矩等

2、效环形线圈可以等效一个磁矩m=iA产生的磁场i-电流A-面积i+m-mlim安培环路定理：在稳恒磁场中，磁场沿任何闭合路径的线积分，等于这闭合路径所包围的各个电流的代数和。物理意义：边界两侧的磁场强度的切线分量连续。它反映了稳恒磁场的磁感应线和载流导线相互套连的性质。磁化强度M与磁极化强度J在外磁场的作用下，原来不显示磁性的物质变得具有磁性，简称磁化。磁荷观点磁性材料的最小单元是磁偶极子Pm，由南极S和北极N组成，没有磁场时，各磁偶极子取向杂乱，互相抵消。在磁场作用下，磁偶极子在一定程度上沿磁场方向排列起来，矢量和不等于0，材料显示磁性。单位体积磁体内磁偶极子的磁偶极矩矢量和称为磁极

3、化强度Jm分子电流观点安培的大胆假设磁介质的“分子”相当于一个环形电流，是电荷的某种运动形成的，分子的环形电流具有磁矩，在外磁场的作用下可以自由的改变方向。单位体积磁体内原子磁矩m的矢量总和称为磁化强度MJ和M亦有如下关系：J=µ0Mµo=4π×10-7H·m-1(Vs/(Am))，真空磁导率磁场强度H磁场中的磁极会受到力的作用，表示为：F=mH，m为磁极强度定义磁场强度H：单位强度的磁场等于1Wb强度的磁极受到1牛顿的力，磁场强度为A·m-1。在更多场合，确定场效应的量是磁感应强度B，也叫磁通量密度。在SI单位制中：B＝µo(H＋M)H——磁场强度；M——磁化强度历史上磁场强度H是

4、从磁荷观点定义的。从分子电流观点，磁场是电流(运动电荷)产生的，并给电流(运动电荷)以作用力。从电流元、运动电荷等在磁场中受力的角度反映磁场的性质定义B(B=F最大/I2dl2，B=F最大/qv⊥)。此时B是与电场强度E对应的。B本应叫磁场强度，由于磁场强度一词历史上已被H占用了，所以将B叫磁感应强度磁感应强度B和磁导率μ根据Maxwell方程，磁感应强度B和磁场强度H：将磁性材料放入磁场空间时，磁感应强度的大小取决于磁化强度M与H的相互作用：μ：磁导率（H/m=1T·m/A=1V·s/(A·m)）H:A/mB:V·s/m2=Tμ0:H/m=1T·m/A=1V·s/(A·m)磁导率：

5、单位磁场中材料的磁感应强度大小，是表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易程度的磁学量。材料中的磁感应强度B由两部分叠加而成：自由空间磁场（在物质内部的外磁场）、材料由于磁化引起的附加磁场。B不仅和磁场强度有关还和材料的磁化强度有关。真空真空磁导率：µo=4π×10-7H·m-1磁导率μ：单位磁场中材料的磁感应强度大小相对磁导率：无量纲介质的磁导率μ和真空磁导率μ0的比值真空磁化强度M和磁场强度H存在如下关系：M＝cH，c称为磁体的磁化率。B=m0(H+cH)=m0(1+c)H相对磁导率mr＝（1＋c），即mr＝B/m0H磁化率χμr、μ、c三个参数的关联性静磁能：磁矩与外磁场的作用能磁偶极

6、子pm外加一夹角θ的恒磁场，pm受到的作用力矩：在磁场作用下，偶极子转向到与磁场方向一致，磁场对磁矩做功：外加磁场作用在磁化强度为M的磁性材料上时，对应的功为：静磁能在国际单位SI制中3.1.2磁性系统的单位1T=1N·s/(C·m)=1N/(A·m)=1V·s/m2=1Wb/m21H/m=1T·m/A=1V·s/(A·m)真空磁导率μ0:亨利每米H/m磁通量Φ:韦伯Wb1Wb=1V·s磁学单位vs电学单位磁学基本物理量电学基本物理量名称单位名称单位磁极强度q韦伯Wb电荷量q库仑C磁矩mWb·m电偶极矩pC·m磁化强度MWb/m2（特斯拉T）极化强度PC/m2磁通量Wb电流强度IA

7、磁通密度BWb/m2电流密度JA/m2磁场强度HA/m电场强度EV/m磁导率H/m(亨利/米)电导率1/·m磁阻1/H电阻ρ·m磁势VmA·turns电动势VV在考虑物质受磁场的影响或物质对磁场的影响时，物质都被称为磁介质。由于物质的分子（或原子）中存在着运动的电荷，所以磁介质将受到磁场的作用而处于一种特殊的状态，称为磁介质的磁化。3.1.2材料按磁性分类22根据固体中电子与外部磁场之间交互作用的性质与强度，将材料分为5类：与外部基本无响应（很小）