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1、第六章磁性材料（MagneticMaterials） 磁性是物质一种比较少见的只在少数地方得到应用的现象呢？还是一种存在非常普遍应用非常广泛的现象呢？ 1、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。二、物质磁性的起源正确的答案是： 磁性是物质的基本属性，就像物质具有质量和电性一样。 换句更简单的话说就是： 一切物质都具有磁性。1、磁极和磁偶极子磁极：磁性强的区域 N极：指北的一端，正磁极；正磁荷，+ m S极：指南的一端，负磁极；负磁荷，-m 磁荷可以看成点磁荷 磁偶极子：无限小的磁体产生的磁偶极矩为：（矢量）三、磁性的基本概念 在一
2、块硬纸板的下面放两块磁铁，并且让它们的S极相对。纸板上面撒一些细的铁粉末。那么，铁的粉末会自动排列起来，形成一串串曲线的样子。N极和S极之间的曲线是连续的，而S极和S极之间的曲线互相排斥，不能融合和贯穿。 假想在磁极之间存在着一种曲线，它代表着磁极之间相互作用的强弱。这种假想的曲线称为磁力线，并规定磁力线从N极出发，最终进入S极。 在磁极周围的空间中真正存在的不是磁力线，而是一种场，我们称之为磁场。磁性物质的相互吸引等就是通过磁场进行的。 磁场的强弱可以用假想的磁力线数量来表示，磁力线密的地方磁场强，磁力线疏的地方磁场弱。2、磁力线和磁场3、磁场强度：描述空间某一点磁场的大小和方向，用H表示。
3、 设试探磁极的点磁荷为m，它在磁场中某处受力为F，则该处的磁场强度矢量H为： 4、磁化强度：指磁体内部单位体积的磁矩矢量和，用M表示，它反映出磁体的磁性强弱程度。5、磁感应强度： 在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。BF/ILB=m0(H+M)，其中m0是一个系数，叫做真空磁导率。6、磁导率：磁导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。磁导率的定义是m=B/m0H，是磁化曲线上任意一点上B和H的比值。7、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
4、度Tc，称为居里温度。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，物体变成磁性材料。 利用磁性材料存在居里温度的特点，可以开发出很多控制元件。根据物质在磁场中的行为可将物质分为五类：n顺磁性物质n抗磁性物质n铁磁性物质n亚铁磁性物质n反铁磁性物质四、磁性的分类磁化率H：磁场强度；M：磁化强度它是材料磁化难易程度的标志。1、顺磁性物质 =10-6 10-5 Cu、Ag、Au无外磁场作用时磁场 外磁场作用时Curie Law: =C/T2、抗磁性物质 = -10-5 -10-6磁场 无外磁场作用时外磁场作用时3、铁磁性物质
5、= 10-2 106 Fe、Co、Ni Curie-Weiss Law: =C/T-Tc 无外磁场作用时外磁场作用时4、反铁磁性物质 = 10-2 10-5 FeO，FeF3，NiF3，NiO，MnO5、亚铁磁性物质 = 10-2 106 铁氧体(M2+Fe23+O4)五、铁磁体1、特点(1) 具有自发磁化(2) 具有磁畴磁畴的体积约为10-9cm3 从能量最低原则，铁磁性物质中自发形成许多磁化小区，称为磁畴。各磁畴的交界为磁畴壁(Domain wall).磁性材料中常见的磁畴形状：条形畴，树枝状畴和迷宫畴n磁畴在某一温度以上消失，而使材料变为顺磁性的，这个温度称居里点Tc，即磁性转变温度。n
6、在居里点以下，物质是铁磁性的.n居里点是铁磁性物质的基本特征. 日常使用的电饭锅就利用了磁性材料的居里点的特性。在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105的磁性材料。当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升。当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热。磁畴的翻转与磁畴壁移动畴壁厚度约为10-6cm磁畴壁在磁场中的移动磁畴的翻转（3）具有磁化曲线和磁滞回线 磁化曲线和磁滞回线是表示物质铁磁性的最基本曲线。n一次磁化曲线上原点附近的斜率为初始磁导率0。n一次磁化曲线
7、上通过原点的切线最大斜率为最大磁导率m。nBs为饱和磁感应强度。n使剩磁消失的的反向磁场大小叫矫顽力，用HC表示。n退磁曲线上B和H乘积的最大值称最大磁能积(BH)max 。 HBHdBd(BH)maxBd Hd(BH)max0mSBs2、磁异向性n磁晶异向性n形状异向性n应力异向性n诱导异向性软磁材料硬磁材料矩磁材料按磁性种类按化学成份金属磁性材料非金属磁性材料按使用形态块体磁性材料粉末磁性材料薄膜磁性材料 磁性材料六、磁性材料的分类 在较弱的磁场下易于磁化，也易于退磁的材料称为软磁材料。 磁导率大，矫顽力小(Hc100A/m)，滞损耗低，磁滞回线呈细长条形。 软磁材料磁滞回线1、软磁材料主
8、要软磁材料材料Mn-Zn、Li-Zn铁氧体、Ni-Zn、NiCuZn 铁氧体、MnFe2O4 、 NiFe2O4软磁材料应用 软磁材料适用于交变磁场，可用来制造各种发电机和电动机的定子和转子；变压器，电感器，电抗器，继电器和镇流器的铁芯；计算机磁芯；磁记录的磁头与介质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯。 变压器变压器的铁芯处于不断变化的电磁场中，铁芯材料的磁化强度和磁感应强度也是不断改变的。这就自然要求铁芯材料对这种变化的阻力小，变化足够灵敏。所以，几乎对所有的变压器铁芯，都要求导磁率高。 软磁材料的应用磁性传感器 普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸，因此作用有限。而如果在水雷或地雷上安装磁性传感器，
9、由于坦克或者军舰都是钢铁制造的，在它们接近（无须接触目标）时，传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸，提高了杀伤力。 磁化后不易退磁，而能长期保留磁性的铁氧体材料称为硬磁材料，因而也称永磁材料或恒磁材料。磁滞回线包围面积大，(Hc400A/m) 矫顽力大。 硬磁材料磁滞回线硬磁材料磁滞回线 2、 硬磁材料永磁材料的应用 主要是利用磁体在气隙产生足够强的磁场，利用磁极与磁极的相互作用，磁场对带电物体或粒子或载电流导体的相互作用来做功，或实现能量，信息的转换。 矩磁材料磁滞回线3、矩磁材料磁滞回线近似矩形的磁性材料，结晶各向异性，应力各向异性。 常用的矩磁材料 在常温使用的矩磁材料有(Mn-
10、Mg)Fe2O4系，(Mn-Cu)Fe2O4系， (Mn-Ni)Fe2O4系等。在-65 +125较宽范围使用的矩磁铁氧体有Li-Mn，Li-Ni，Mn-Ni，Li-Cu等。矩磁材料的应用 矩磁材料的剩余磁感应强度Br接近于饱和值Bm，矫顽力不大。若矩磁材料在不同方向磁场下磁化，当电流为零时，总是处于+Bm和-Bm 两种不同的剩磁状态。由于计算机采用两进制，即只有“0”和“1”两个数码，所以采用这种材料的两种剩磁状态+Bm和-Bm就可以分别代表两个数码，起到记忆作用。因此矩磁材料适于做信息存储元件的磁性开关。七、 磁性材料应用1、磁记录磁盘的信息存贮和读出原理示意图2、 电磁炉 电磁炉的内部有
11、一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场。这一随时间变化的磁场导致在金属煲内产生一感应电场。金属煲内的电子受电场影响进行运动。由于有电阻，电子运动时会放出大量热能，这些热能便可用作煮食。 金属煲的电阻必须足够大，才能产生足够的热量，所以一般只能选用铁和不锈钢煲，铜煲就不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。特点：直接发热，热效率高达90%炉面无明火，无烟无废气电磁火力强劲，安全可靠3、隐身飞机 F117隐形战斗机为了躲避敌方雷达的监测，在飞机表面涂一层特殊的磁性材料吸波材料，它可以吸收雷达发射的电磁波，使得雷达电磁波很少发生反射，因此敌方雷达无法探测到雷达回波，不能发现飞机，这就使飞机达到了隐
12、身的目的。4、电磁炮 舰载概念电磁炮及其原理图 原理： 传统的火炮都是利用弹药爆炸时的瞬间膨胀产生的推力将炮弹迅速加速，推出炮膛。而电磁炮则是把炮弹放在螺线管中，给螺线管通电，那么螺线管产生的磁场对炮弹将产生巨大的推动力，将炮弹射出。 (500,50) 第一个提出电磁炮这一概念并进行实验的是挪威伯克兰教授，1901年就获得了专利。 l978年，澳大利亚科学家在5米长的轨道炮上(3, 5.9千米秒)；现在弹丸初速1.51.7千米秒。 在宇宙飞船的外面常伸出一根轴，轴的端部固定着一架望远镜。飞船内部的压力是大气压力，而舱外的压力却是零，而且处在宇宙的低温下。在这种条件下，用最好的橡胶制成的密封件也只能维持几小时的寿命，而磁性液体密封件的寿命则实际上是无限的。5、磁性液体 磁性液体密封原理 磁性液体在非均匀磁场中将聚集于磁场梯度最大处，因此利用外磁场可将磁性液体约束在密封部位形成磁性液体“O”型环，具有无泄露、无磨损、自润滑、寿命长等特点。
