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1、在真空中:,每个电子的自旋磁矩近似等于一个Bohr磁子。,动画,以上五种磁性类型的原子磁距分布特点,磁化强度M和磁场强度H之间的关系,抗磁性物质:Bi、Zn、Ag、Mg等金属,Si、P、S等非金属,许多有机高聚物及惰性气体;顺磁性物质:Al、Pt、La等,稀土金属、铁族元素的盐类;铁磁性物质:Fe、Co、Ni、Y、Dy等反铁磁性物质:Mn、Cr,部分铁氧体如ZnFe2O4,和某些化合物MnO、CoO、FeF2等。亚铁磁性物质:尖晶石型晶体、石榴石型晶体等几种结构类型的铁氧体。,不同磁性物质磁性的异同点,磁化功:物体磁化,改变其磁化强度,需要做功。,第一项是真空中的磁场能量密度,第二项是使单位体
2、积磁性体磁化所做的功。,该式告诉我们:在绝热 等容 过程中,磁化功的等于磁体内能的增加。,M,该式告诉我们:等温、等容过程中,磁场做的磁化功等于体系自由能的增加。 只是等容过程,可以得出:,如果能从理论上给出自由能的表达式 ,则可获得一定温度下的 M-H 关系式。,自由能,考虑到:于是:,此时,吉布斯函数是温度、压力和磁场的函数。,知道了G,即可求出磁化强度。,吉布斯函数(也称热力学势),统计物理中的配分函数(状态和)是系统微观状态的总体反映,由它可以导出宏观量:,结合前面的结果,可以给出:,是某一微观态的能量, 是与这一状态相应的简并度。,小结:通过量子力学求出原子系统在外磁场中的能量本征值
3、及相应的简并度后,即可计算其磁化强度。,配分函数 Z,动画,几个重要的物理参量:Ms、Tc、Hc、Mr、Br、r等,存在磁性转变的特征温度居里温度,温度低于居里温度 时呈铁磁性,高于居里温度时表现为顺磁性,其磁化率温度 关系服从居里-外斯定律。,饱和磁化强度MS等于每个磁畴中原来的磁化强度,该值很大,这就是铁磁质磁性r大的原因。 磁滞现象是由于掺杂和内应力等的作用,当撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状,而表现出来。,任何铁磁体和亚铁磁体,在温度低于居里温度Tc时,都是磁畴组成的。 磁畴是自发磁化到饱和(即其中的磁矩均朝一个方向排列)的小区域。相邻磁畴之间的界线叫磁畴壁 磁畴壁是一个有一
4、定厚度的过渡层,在过渡层中磁矩方向逐渐改变。,磁畴:铁磁质中由于原子的强烈作用,在铁磁质中形成磁场 很强的小区域 。 磁畴的体积约为 10-12 m3 。,既然磁畴内部的磁矩排列是整齐的,那么在磁畴壁处原子磁矩又是怎样排列的呢?在畴壁的一侧,原子磁矩指向某个方向,假设在畴壁的另一侧原子磁矩方向相反。在畴壁内部,原子磁矩必须成某种形式的过渡状态。,畴壁由很多层原子组成。为了实现磁矩的转向,从一侧开始,每一层原子的磁矩都相对于磁畴中的磁矩方向偏转了一个角度,并且每一层的原子磁矩偏转角度逐渐增大,到另一侧时,磁矩已经完全转到和这一侧磁畴的磁矩相同的方向。,磁畴的转向,在无外磁场时,各磁畴排列杂乱无章
5、,铁磁质不显磁性; 在外磁场中,各磁畴沿外场转向,介质内部的磁场迅速增加,在铁磁质充磁过程中伴随着发声、发热。,磁化曲线与磁畴的关系,H增加,磁域界移动,磁域逐渐改变,磁矩方向转向,渐与磁场平行,单一磁域(饱和磁化),磁滞回线与磁畴的关系,动画,动画,4.3.3 铁磁材料的相互作用能,铁磁性材料内存在的相互作用能量,直接影响到铁磁材料中磁畴的形成及其具体结构图形。五种相互作用能: 交换能Fex 磁晶各向异性能Fk 磁弹性能F 退磁场能Fd 外磁场能FH,动态磁滞回线:材料在交变磁场作用下被反复磁化形成的磁滞回线。静态磁滞回线:材料在静态磁场作用下形成的磁滞回线。,在动态磁化过程中,材料样品内的
6、磁损耗除了具有静态磁化时磁滞损耗外,还有涡流损耗和剩余损耗。,复数磁导率,外加交变磁场:,材料内磁感应强度:,若令,复数磁导率:,:B落后于H的相位差,称为损耗角。,弹性磁导率,相当于静态磁化的磁导率。,粘滞性磁导率,与磁能损耗成正比。,磁能的储存,磁能的损耗,动态磁化过程,品质因子Q:能量的储存与能量的损耗之比值,动画,一般指在弱交变磁场中的复数磁导率 中 和 随频率f变化的关系。,它的磁性与铁磁性的相同点: 具有自发磁化强度和磁畴。,它的磁性与铁磁性的不同之处: 铁氧体一般是多种金属的氧化物复合而成。,铁氧体磁性来自两种磁矩(亚铁磁性),一种磁矩在相反方向排列,一种磁矩在一个方向相互排列整齐,硬磁材料的特点: 矫顽力Hc大、剩磁Br大、最大磁能积(BH)max大,软磁材料的特点: 矫顽力Hc小、磁导率高、饱和磁感应强度Bs大、 磁损耗tan低、电阻率高、截止频率fc高。矩磁性材料的特点: 磁滞回线近似为矩形、表征其矩形度的剩磁比Br/Bm大、矫顽力Hc小、磁损耗tan小、开关系数Sw小。 剩磁感应强度Br很高,接近于饱和磁感应强度Bs,即Br/Bs = 0.8以上,(BH)max比较高,可以得到高的读“1”信号和低的读“0”磁噪声; 矫顽力低,可以降低存取“1”和“0”磁噪声的功率,因而降低温度。 信噪比和抗干扰比高,对环境和温度稳定性好等。,