材料的磁性能与磁性功能材料ppt课件.ppt

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1、材料的磁性能与磁性功能材料谭成文磁学现象的两个基本命题：1磁及磁现象的根源是电流，或者说是电荷的运动。2所有的物质都是磁性体电流(或运动电荷)电流(或运动电荷)磁场磁学初步认识：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。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总的来说，组成宏观物质的原子有两类：1、原子中的电子数为偶数，即电子成对

2、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。2、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。自发磁化：如前所述某些原子的核外电子的自旋磁矩不能抵消，从而产生剩余的磁矩。但是，如果每个原子的磁矩仍然混乱排列，那么整个物体仍不能具有磁性。只有所以原子的磁矩沿一个方向整齐地排列，就象很多小磁铁首尾相接，才能使物体对外显示磁性，成为磁性材

3、料。这种原子磁矩的整齐排列现象，就称为自发磁化。磁畴：磁性材料内部的一个个小区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同，如下图所示。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。宏观物体一般总是具有很多磁畴，这样，磁畴的磁矩方向各不相同，结果相互抵消，矢量和为零，整个物体的磁矩为零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是说磁性材料在正常情况下并不对外显示磁性。只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。磁畴示意图a、软磁材料条形畴；b、树枝状畴；c、薄膜材料中可以见到的磁畴磁畴壁示意图

4、居里温度：对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度Tc，在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动，原子磁矩的排列是混乱无序的。在此温度以下，原子磁矩排列整齐，产生自发磁化，物体变成铁磁性的。应用举例：（电饭煲的控制）磁学基本概念：磁场强度：指空间某处磁场的大小，用H表示，它的单位是安/米（A/m）。磁化强度：指材料内部单位体积的磁矩矢量和，用M表示，单位是安/米（A/m）。磁化率：物体在磁场中被磁化的程度与磁化场的强度有关，其关系为M=χH，χ即为磁化率。磁感应强度：磁感应强度B的定义是：B=μ0(

5、H+M)，其中H和M分别是磁化强度和磁场强度，μ0是一个系数，叫做真空导磁率。磁感应强度又称为磁通密度，单位是特（T）。导磁率：导磁率的定义是μ=B/H，是磁化曲线上任意一点上B和H的比值。导磁率实际上代表了磁性材料被磁化的容易程度，或者说是材料对外部磁场的灵敏程度。物质磁性:物质放入磁场中会表现出不同的磁学特性，称为物质的磁性。根据物质的磁化率，可以把物质的磁性分为五类：1、抗磁体，χ为甚小的负数（大约在-10-6量级），在磁场中受微弱的斥力，如金、银。2、顺磁体，χ为正数（大约在10-3~10-6量级）在磁场中受微弱的引力，如铂、钯、奥氏体不

6、锈钢。3、铁磁体，χ为很大的正数，在较弱磁场作用下可以产生很大的磁化强度，如铁、钴、镍。4、亚铁磁体，χ处于铁磁体与顺磁体之间，即通常所说的磁铁矿、铁氧体等。5、反铁磁体，χ为小正数，高于某一温度时其行为与顺磁体相似，低于某一温度磁化率与磁场的取向有关。铁磁性材料亚铁磁性材料顺铁性材料反铁磁性材料抗铁磁性材料HM五种磁体的磁化曲线示意图磁饱和性HBB0BBJO磁化曲线B0是真空情况下的磁感应强度；BJ是磁化产生的磁感应强度；B是介质中的总磁感应强度。磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部磁畴

7、都会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将达到饱和值。磁滞性磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图为磁性物质的滞回曲线。要使剩磁消失，通常需进行反向磁化。将B=0时的H值称为矫顽磁力Hc，（见图中3和6所对应的点。）在铁心线圈通有交变电流时，铁心将受到交变磁化。在电流变化一次时，B随H而变化的关系如图所示。从图中可以看出，当H减少为零时，B并未回到零值，出现剩磁Br。123456BHO磁性物质的分类(1)软磁材料其矫顽磁力较小，磁滞回线较窄。(铁心)(2)永磁材料其矫顽磁力较大，磁滞回线较宽。(磁铁)(3)矩磁材料其剩磁大而矫顽磁力小

8、，磁滞回线为矩形。(记忆元件)HBHBHB根据滞回曲线和磁化曲线的不同，分成三类：磁学的各种物理效应及应用磁致伸缩效应使消磁状态的铁磁体