磁性和磁性材料.ppt

磁性和磁性材料
主要参考书:
(1)严密彭晓领编著,磁性基础与磁性材料,浙江大学出版社,2006年出版.
(2)姜寿亭李卫编著,凝聚态磁性物理,科学出版社,2003年出版.
(3)(美),现代磁性材料原理和应用,化学工业出版社,2002年出版.
一磁学基础知识
-描述物质磁性的一些主要物理量、材料的磁化过程、物质磁性和磁性材料的分类.
静磁现象(1 ) 磁矩
磁铁可以吸引铁屑-周围空间存在磁场-磁场可用磁力线来形象地描述-磁力线从N极到S极形成闭合曲线,且永不相交.
通电导线也产生磁场-小磁体的磁场相当于小的平面电流回路产生的磁场-平面电流回路的电流和回路面积的乘积称为磁矩:
-适用于原子中电子轨道运动
是矢量-右手螺旋
(2) 磁化强度
(3) 磁场强度和磁感应强度
I
-描写物质磁化状态-按安培分子环流假设,设分子磁矩为,磁化强度定义为
-描述磁场的两个参量是磁场强度和磁感应强度, :
无限长载流导线的磁场:
方向-右手螺旋
载流环形线圈圆心处的磁场:
无限长螺线管的磁场
I
在某些情况下,确定磁场效应的是磁感应强度B,定义为
在真空中, , 与平行,在磁体不是.
上述量均为国际单位制(SI),文献中常采用高斯单位制(CGS).在CGS制中, 的单位是奥斯特(Oe), 的单位是高斯(Gs), 表为
(4) 磁化率和磁导率
定义磁导率μ为
(2)最大磁导率
H→0时磁导率的极限值,弱磁场下
重要参数.
(1)起始磁导率
-磁导率是表征磁性材料的磁性、导磁性及磁化难易程度的物理量, ,材料的磁导率有:
由此可将磁感应强度写作
磁场中的磁体的磁化强度与磁场强度的关系为
称为磁体的磁化率.
(3)复磁导率
在交变磁场中磁化时B与H 间存在位相差,磁导率只能用复数表示.
(6)微分磁导率
起始磁化曲线上任一点的斜率.
(7)不可逆磁导率
描述不可逆磁化性质.
连接原点O与起始磁化曲线上任一点的直线的斜率称为总磁导率μtot .
ΔH
H
ΔB
μi
μmax
B
O
H
μ
μtot
μrev
μmax
μdiff
O
(4)增量磁导率
在恒定磁场上叠加一个小交变磁场所表现出来的磁导率,ΔB和ΔH为交变磁感应强度和磁场强度的峰值。
(5)可逆磁导率
增量磁导率在ΔH→0时的极限值.
(5) 退磁场
N 称为退磁因子,取决于材料的形状.
-如沿长轴磁化样品,细长的N≈0,短
-1之间.
z
x
y
可以证明,椭球体的
三个主轴方向退磁
因子间存在如下简
单关系:
对球体,
对沿垂直于表面磁化的无限大平板,Nx=Ny=0, Nz=1
对退磁因子大的样品,磁化需要很高的外加磁场:例如磁化
一个Hc=2A·m-1的坡莫合金球,使其Ms=9×105A·m-1, 退磁场将达
Hd=(1/3)×9×105=3×105A·m-1
即外磁场是矫顽力的105倍。
材料在外磁场中磁化时,在内部将产生一个与其磁化强度反向的磁场,称为退磁场:
对沿长轴方向磁化的细长圆柱
体, Nz=0,
(6) 静磁能
在外磁场中处于磁化状态的磁体具有的能量-静磁能.
-当θ=0 时能量最低值-μ0MH, 是稳定状态;随着θ的增大,外力克服磁场作功, 能量增大,θ=1800时,能量达到最大值+μ0MH.
磁体中的单个分子环流在磁场中受到的安培力矩为, 磁体单位体积受到的总力矩
θ为磁化强度M与磁场H 的夹角.

当磁体转过θ角,外力克服磁场作功
此功转化为磁体在磁场中的位能. 适当选取能量零点, 磁体在外场中的能量密度可表为:
θ
磁体在自身的退磁场中也有位能-
是M的函数, 应由积分算得其幅值:
-退磁场能与退磁因子N有关,即与材料的形状以及磁化方向有关-各向异性能.
材料的磁化
(1) 磁化曲线
-材料对外磁场的响应特性由磁化曲线和磁滞回线表征。
磁通计
N2
N1
I0
磁化曲线的测量
实验测定:环形样品,初级线圈N1通电产生磁场样品磁化,次级线圈N2接磁通计测量磁通,可得B~H曲线;根据可画出M~H曲线。
例,铝镍钴的起始磁化曲线: M~H曲线饱和(饱和
磁化强度Ms), B~H曲线不饱和。
B
M
铝镍钴的磁化曲线