材料物理性能测试技术讲课-磁学特性讲解.ppt

材料磁学性能的测试技术 ;磁性材料是一簇新兴的基础功能材料。广泛应用于电工、电子和计算机等技术中。 我国在世界上最先发明磁石可作为指示方向和校正时间的应用, 在《韩非子》和东汉王充著的《论衡》两书中所提到的“司南”就是指此。公元17世纪，英国的吉尔伯特发表了世界上第一部磁学专著《论磁石》，18世纪，瑞典科学家在磁学著作中对磁性材料的磁化作用进行了大胆的描绘 。;19世纪，近代物理学大发展，电流的磁效应、电磁感应等相继被发现和研究。;近20年，磁记录材料和磁光记录材料正在迅猛发展。在多层膜 中发现巨磁电阻以来，自旋相关导电等新材料及器件不断发展;本章内容提要;材料的磁化现象及磁学基本量 ;磁性：物质的一种基本属性，正像物质具有质量一样，它的特征是：物质在非均匀磁场中要受到磁力的作用。在具有梯度的磁场中，物质受力的大小和方向反映着物质磁性的特征 ;电磁学中关于物质磁化的理论可以用两种不同的观点来描述：分子电流观点和等效磁荷观点 。 ;一环形电流周围的磁场，犹如一条形磁铁的磁场。环形电流在其运动中心处产生一个磁矩m（或称磁偶极矩），其周围磁场情况与环形电流和条形磁铁的磁场相同。;一个环形电流的磁矩定义为： ; 永磁体总是同时出现偶数个磁极。;用环形电流描述磁偶极子：;将磁矩m放入磁感应强度为B的磁场中，它将受到磁场力的作用而产生转矩，其所受到的转矩为 ： ;当物体受外加磁场的作用被磁化后，便会表现出一定的磁性。实际上，物体的磁化并不改变原子固有磁矩的大小，而是改变了它们的取向。 ;几个概念;明确和统一相关物理量的定义、符号、单位及相关公式，建立起我们深入学习的平台；归纳和总结物质磁性的宏观表现，明确本课程要解决的问题。;磁场强度 H 与与磁感应强度 B 均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量）;磁场强度;常见的几种电流产生磁场的形式为： 1、无限长载流直导线：;磁化强度;当一个物体在外加磁场中被磁化时，它的磁化强度，对外加磁场来说，相当于一个附加的磁场强度，从而导致它所在空间的磁场发生变化。这时，物体所在空间的总磁场强度是外加磁场强度H与附加磁场强度M之和，H的单位也是A?m－1 通过磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积的磁力线总数称为磁感应强度，用B来表示，其单位为T，它与磁场的关系是 ;SI制中，; 没有磁介质存在（M = 0）只有传导电流产生的磁场时，表述磁场的两个物理量之间才存在着简单关系： ;物质的磁化总是在外加磁场的作用下发生的。因此，磁化强度与外加磁场强度和物质本身的磁化特性有关 ;应注意到由于磁化强度定义为单位体积的磁矩，所以公式中的磁化率? 暗含着单位体积磁化率的意义 在理论推导和测量中，常常使用另外两种定义： 质量磁化率： d 是材料密度kg﹒m-3 克分子磁化率： n 为每mol 物质的量 ;令：μ＝（1＋ χ)＝B/μ0H (相对磁导率，表征磁体磁性、导磁性及磁化难易程度） 单位：T ?m/A或H/m SI制中,绝对磁导率：μ绝对＝B/H ∴ μ＝ μ绝对/ μ0;μ;磁导率的不同定义;退磁场与退磁能量 1、退磁场 有限几何尺寸的磁体在外磁场中被磁化后，表面将产生磁极，从而使磁体内部存在与磁化强度M方向相反的一种磁场，起减退磁化的作用，称为退磁场Hd。 如果磁体还同时受到外磁场的作用，这时磁性体内部的有效磁场为： ;退磁场与退磁能量 1、退磁场 Hd 的大小与磁体形状及磁极强度有关。若磁化均匀，则Hd 也均匀，且与M成正比：;简单几何形状磁体的退磁因子N 对于旋转椭球体，旋转椭球形状样品的磁化是均匀的，我们选取坐标系与椭球的主轴重合，则退磁场的三个分量可以表示为：;旋转椭球的极限情况：; 显然，磁性体在磁化过程中，也将受到自身退磁场的作用，产生退磁场能，它是在磁化强度逐步增加的过程中外界做功逐步积累起来的，单位体积内;退磁场与退磁能量;退磁场对样品磁性能的影响是明显的：;各种不同单位的换算;磁学量的单位制：;磁矩： 在Gauss单位制中μ0=1G / Oe ，则磁偶极矩与磁矩无差别，通称为磁矩，单位为电磁单位（e.m.u） 1e.m.u(磁偶极矩)＝ 4π ×10－10 Wb?m 1e.m.u(磁矩)＝ 10－3A ? m2 磁化强度： Gauss单位制中，磁极化强度（J）与磁化强度（M）相同，单位：G;物质磁性的起源;电子围绕原子核的轨