材料物理性能5b---材料的磁性能省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖PPT课件.pptx

第四章材料磁性能主讲：胡木林年3月《材料物理性能》1/78

5.1磁学现象及磁性 《材料物理性能》——材料磁性能外磁场发生改变时，系统能量也随之改变，这时就表现出系统宏观磁性。在学童时代，我们都接触过磁现象：磁铁吸引铁片，同极相斥、异极相吸，接触过磁铁大头针用细线吊起会自动南北指向，磁铁上铁屑会形成毛刺并组成连线等等。磁性是物质基本属性之一。磁性不只是一个宏观物理量，而且与物质微观结构亲密相关。它不但取决于物质原子结构，还取决于原子间相互作用——键合情况、晶体结构。所以，研究磁性是研究物质内部结构主要方法之一。2/78

磁学基本量 《材料物理性能》——材料磁性能环形电流在其运动中心处产生一个磁矩m(或称磁偶极矩)一个环形电流磁矩定义为：式中：I为环形电流强度，S为环流所包围面积，m方向可用右手定则来确定。将磁矩m放入磁感应强度为B磁场中，它将受到磁场力作用而产生转矩，其所受转矩为：磁矩与外磁场作用能称为静磁能。处于磁场中某方向磁矩所含有静磁能为，3/78

《材料物理性能》——材料磁性能磁场在真空中磁感应强度为B0，其磁场强度H与B0关系是，式中，称为真空磁导率。任何材料在外磁场作用下都会或大或小地显示出磁性，这种现象称为材料被磁化。一个物体在外磁场中被磁化程度，用单位体积内磁矩多少来衡量，称之为磁化强度M，将材料放入磁场强度为H自由空间，材料中磁感应强度为，式中称为束缚电流磁感应强度。4/78

《材料物理性能》——材料磁性能式中称为相对磁导率。绝对磁导率为：式中称为磁化率。5/78

物质磁性分类： 《材料物理性能》——材料磁性能依据物质磁化率，能够把物质磁性大致分为五类：抗磁体磁化率为很小负数，大约在10-6数量级。它们在磁场中受微弱斥力。金属中约有二分之一简单金属是抗磁体。依据与温度关系，抗磁体又可分为：①“经典”抗磁体，它不随温度改变，如铜、银、金、汞、锌等。?反常抗磁体，它随温度改变，且其大小是前者10一100倍，如铋、镓、锑、锡、铟、铜一锆合金中相等。6/78

《材料物理性能》——材料磁性能顺磁体磁化率为正值，大约在10-3～10-6数量级。依据与温度关系可分为：正常顺磁体，其随温度改变符合l／T关系，如，金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。与温度无关顺磁体，比如锂、钠、钾、铷等金属。7/78

《材料物理性能》——材料磁性能在较弱磁场作用下，就能产生很大磁化强度。铁磁体是很大正数，且与外磁场呈非线性关系改变。详细金属有铁、钴、镍等。铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体。此临界温度称为居里温度或居里点，惯用Tc表示。铁磁体是我们要重点介绍磁性物质。8/78

《材料物理性能》——材料磁性能这类磁体有些像铁磁体，但值没有铁磁体那样大通常所说磁铁矿、铁氧体等属于亚铁磁体。亚铁磁体这类磁体是小正数，在温度低于某温度时，它磁化率同磁场取向相关；高于这个温度，其行为像顺磁体。反铁磁体详细材料有?一Mn、铬，还有如氧化镍、氧化锰等。9/78

《材料物理性能》——材料磁性能五类磁体磁化曲线示意图10/78

原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性 《材料物理性能》——材料磁性能材料磁性起源于原子磁矩。原子磁矩包含：电子轨道磁矩、电子自旋磁矩和原子核磁矩。电子轨道磁矩电子绕原子核运动，如同一环形电流，此环流也应在其运动中心处产生磁矩，称为电子轨道磁矩。设电子运动轨道半径为，电子轨道运动速度为，电子电量为，质量为。运动轨道周期为：沿着圆形轨道电流为：运动轨道周期为：11/78

《材料物理性能》——材料磁性能所以，电子轨道磁矩为：所以，电子轨道磁矩是量子化。电子轨道磁矩在外磁场方向上分量，满足量子化条件：为玻尔磁子。12/78

《材料物理性能》——材料磁性能试验和理论证实原子核磁矩很小，只有电子磁矩几千分之一，通常不考虑它对原子磁矩贡献。电子除了做轨道运动还有自旋，所以含有自旋磁矩。试验测定电子自旋磁矩在外磁场方向上分量恰为一个玻尔磁子：原子中电子轨道磁矩和电子自旋磁矩组成了原子固有磁矩，也称本征磁矩。假如原子中全部电子壳层都是填满，因为形成一个球形对称集体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相抵消，此时原子本征磁矩为，电子自旋磁矩13/78

《材料物理性能》——材料磁性