第七章固体的磁性

2024九年级物理上册“第七章磁与电”必背知识点一、磁现象与磁场1. 磁性：物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质，称为磁性。

2. 磁体：具有磁性的物体称为磁体。

磁体具有吸铁性和指向性。

3. 磁极：磁体上磁性最强的部分称为磁极。

磁极总是成对出现，即南极 （S）和北极 （N）。

磁极间的相互作用是同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

4. 磁场：磁体周围存在的一种看不见、摸不着但客观存在的特殊物质，称为磁场。

磁场对放入其中的磁体会产生力的作用。

5. 磁感线：为了形象直观地描述磁场而引入的带方向的曲线。

磁体外部的磁感线从N极出发，回到S极；在磁体内部，磁感线从S极指向N极。

磁感线的疏密表示磁场的强弱。

二、电流的磁场1. 奥斯特实验：丹麦科学家奥斯特发现通电导线周围存在磁场，磁场的方向与电流的方向有关。

这一现象称为电流的磁效应。

2. 通电螺线管的磁场：通电螺线管外部的磁场与条形磁体的磁场相似。

通电螺线管两端的磁场方向跟电流方向有关，这一关系可用安培定则（右手螺旋定则）来判断。

三、电磁铁1. 定义：内部插有铁芯的通电螺线管称为电磁铁。

电磁铁通电时有磁性，断电时磁性消失。

2. 影响电磁铁磁性强弱的因素：电流大小、线圈匝数、有无铁芯。

电流越大、线圈匝数越多、有铁芯时，电磁铁的磁性越强。

3. 应用：电磁铁广泛应用于电磁起重机、电磁继电器、电冰箱、吸尘器、电动机、发电机、洗衣机等设备中。

四、磁场对通电导体的作用1. 作用：通电导体在磁场中会受到力的作用，力的作用方向与电流方向和磁场方向都有关。

当电流方向或磁场方向改变时，力的方向也会随之改变。

2. 应用：电动机就是根据这一原理制成的。

电动机工作时，将电能转化为机械能。

五、电磁感应1. 定义：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中会产生感应电流的现象称为电磁感应。

2. 产生条件：电路必须是闭合的；部分导体必须在磁场中做切割磁感线运动。

3. 感应电流的方向：感应电流的方向与导体切割磁感线的运动方向和磁场方向都有关。

固体物理中的磁性磁性是固体物理中一个非常重要且有趣的现象。

它是指物质在存在外部磁场的作用下，产生磁化强度并展示出相应的磁特性。

在本文中，我们将探讨固体物理中的磁性现象，并介绍其中的一些关键概念和应用。

一、磁矩的概念与分类磁矩是固体物体表现出磁性的根本性质。

磁矩可以分为两类：原子磁矩和宏观磁矩。

1. 原子磁矩原子磁矩是由原子中带电粒子（如电子）所产生的微小磁矢量。

它的大小与原子的电子结构有关。

根据原子磁矩的大小和方向，物质可以分为顺磁性、抗磁性和铁磁性。

- 顺磁性：顺磁性物质中的原子磁矩与外磁场方向相同，被外磁场激发后会增强磁化强度，如氧气和铜等。

- 抗磁性：抗磁性物质中的原子磁矩与外磁场方向相反，被外磁场激发后会减弱磁化强度，如银和铝等。

- 铁磁性：铁磁性物质中的原子磁矩与外磁场方向相同，但铁磁性物质在外磁场的作用下会呈现出一定的剩余磁化强度，如铁和镍等。

2. 宏观磁矩宏观磁矩是由大量原子磁矩的矢量和所构成的磁化强度。

物质的宏观磁矩可以进一步分为顺磁性、抗磁性和铁磁性。

- 顺磁性：顺磁性物质在外磁场的作用下会呈现出强磁化特性。

这种磁性主要源于物质内部原子磁矩的耦合和分布，如铁矿石及其合金等。

- 抗磁性：抗磁性物质在外磁场的作用下会呈现出阻止磁化的特性。

这种磁性主要源于物质内部原子磁矩的耦合和分布，如铜和铅等。

- 铁磁性：铁磁性物质在外磁场的作用下呈现出显著的剩余磁化强度，其磁矩可以保持，并在去除外磁场后不会消失，如铁和钴等。

二、固体磁性的产生机制固体物质的磁性是由其原子磁矩的相互作用和排列所决定的。

根据不同的磁性机制，固体材料可以进一步分为顺磁体、抗磁体和铁磁体。

1. 顺磁体顺磁体的磁性主要是由物质内部原子磁矩的排列和分布造成的，其磁矩在外磁场的作用下与外磁场方向一致，从而增强磁化强度。

顺磁体的磁矩大小与外磁场强度呈线性关系，磁化过程是连续的。

2. 抗磁体抗磁体的磁性也是由物质内部原子磁矩的排列和分布所决定的，其磁矩在外磁场的作用下与外磁场方向相反，从而减弱磁化强度。

第七章 固体的磁性1. 论证或举例说明下列断言的对或错。

（1）具有不满支壳层的离子必有固有磁矩；（2）总电子数为奇数的离子必有固有磁矩；（3）总角动量量子数2/1=j ，角动量必然是纯自旋的贡献，从而2==s g g ；（4）自旋磁矩兰德因子2=s g ，轨道磁矩1=L g ，所以，自旋－轨道耦合的总磁矩的兰德因子g 必在1和2之间。

解：（1）具有不满支壳层的离子不一定有固有磁矩，如对于二价铁离子Fe 2＋，共有24个电子，其电子组态为3s 23p 63d 44s 24p 6，根据洪德定则可以确定总自旋角动量的2S =，总轨道角动量2L =，由于是未半满的壳层，故总角动量量子数0S L J =-=，其基态为5D 0，此时有效玻尔磁子数为0，故此时该离子固有磁矩为0。

（2）由于总电子数为奇数的离子，其总自旋角动量S 肯定是1/2的整数倍，而总轨道角动量L 肯定又是整数值，故该离子的总角动量量子数J （不到半满壳层S L J -=或刚好半满和超过半满壳层S L J +=）肯定不等于0，故此时有效玻尔磁子数也不等于0，那么该离子必有固有磁矩。

（3）对于一价铍离子Be ＋，其核外共有5个电子，电子组态为1s 22s 22p 1，根据洪德定则可以确定总自旋角动量的2/1S =，总轨道角动量1L =，由于是未半满的壳层，故总角动量量子数2/1S L J =-=，但是该离子的角动量并不是纯自旋的贡献哦（4）虽然自旋磁矩兰德因子2=s g ，轨道磁矩1=L g ，但是自旋－轨道耦合的总磁矩的兰德因子g 可以小于1，也可以大于2。

例如对于电子组态为3s 23p 63d 34s 24p 6的离子，其自旋角动量的2/3S =，总轨道角动量3L =，总总角动量量子数2/3J =，由此可得其兰德因子为4.0)1(2)1()1()1(1=++-++++=J J L L S S J J g 2. 当传导电子浓度很小时（如半导体中），为什么在计算其磁化率时可以不考虑泡利原理的限制而直接应用玻尔兹曼统计？在计算磁性离子系统顺磁性时，也采用同样的方法，这是偶然现象吗？在讨论金属传导电子顺磁性时为何要用费米统计？解：当传导电子浓度很小时（如半导体中），那么可以认为电子填充的各个能级是非简并的，因而电子填充能量为i E 态时服从玻尔兹曼分布。

固体的磁学性质与磁性材料磁学是物质的磁性质以及磁场产生和作用的研究。

固体材料在磁学中起着重要作用，因为它们表现出各种不同的磁性行为。

本文将探讨固体材料的磁学性质以及一些常见的磁性材料。

1. 磁化与磁导率固体的磁性可通过磁化和磁导率来研究。

磁化是物质在外磁场下自发产生的磁矩。

它可以通过磁化强度（磁化矢量除以体积）来描述。

磁导率是物质对磁场的响应程度。

它是磁化强度与磁场强度之间的比值。

不同材料的磁导率会受到温度、压力以及其他条件的影响。

2. 常见的磁性材料许多固体材料具有磁性，包括铁、镍、钴等。

这些材料可以被进一步分类为铁磁材料、顺磁材料和反磁材料。

- 铁磁材料：铁磁材料在外磁场下会产生自发磁化。

它们表现出饱和磁化强度和剩余磁化强度的特性。

铁和镍是典型的铁磁材料，广泛应用于电动机和变压器等领域。

- 顺磁材料：顺磁材料在外磁场下的磁化是非自发性的。

它们的磁矩与外磁场方向一致，但强度较弱。

铝、铜等材料可以被归类为顺磁材料。

- 反磁材料：反磁材料与外磁场的相互作用导致磁矩的减弱。

它们的磁矩方向与外磁场方向相反，但强度较弱。

锰和铬是典型的反磁材料。

3. 磁化曲线与磁滞回线固体材料的磁化行为可以通过磁化曲线和磁滞回线来描述。

磁化曲线显示了材料磁矩随外磁场的变化关系。

磁滞回线则显示了在逐渐增大和减小外磁场时材料磁矩的变化情况。

这些曲线对于研究材料的磁性以及用于磁记录和储存等应用非常重要。

4. 磁各向异性与磁畴结构固体材料的磁性可以受到磁各向异性和磁畴结构的影响。

磁各向异性是指材料对磁场响应的方向依赖性。

例如，铁磁材料通常具有磁各向异性，其磁矩相对于晶体结构的某个特定方向具有偏好性。

磁畴结构是指在磁性材料中由于相邻磁畴的耦合而形成的一种有序结构。

5. 磁性材料的应用磁性材料在各个领域都有广泛的应用。

例如，铁磁材料被用于制造电磁铁和传感器，顺磁材料则用于磁共振成像和磁性储存。

磁性材料还在信息技术、医疗设备和能源等方面发挥着重要的作用。

固体的磁性 基础知识1. 磁性的一种分类方式根据磁化率χ的大小符号以及与温度、磁场的关系，可以把物质的磁性分成五类：（1）抗磁性，磁化强度与磁场方向相反，χ < 0，其值约为10-7~10-6；（2）顺磁性，磁化强度与磁场方向相同，χ > 0，其值约为10-6~10-5；（3）反铁磁性，χ > 0，其值约为10-4；（4）亚铁磁性，χ > 0，其值约为10-1~104；（5）铁磁性，χ > 0，其值约为10-1~106抗磁性的χ几乎与温度无关，其余均与温度有关；亚铁磁性和铁磁性为强磁性，其余为弱磁性。

2. 原子磁矩构成固体物质的原子中，电子磁矩比原子核的磁矩大三个数量级，所以电子磁矩对固体的磁性起主要作用。

2.1 独立原子的磁矩原子中电子的磁矩由轨道磁矩和自旋磁矩两部分组成。

电子的轨道磁矩为L 是电子的轨道角动量，µL 的绝对值为其中l 是电子轨道角动量量子数，µB 是波尔磁子，其大小为电子的自旋磁矩为 = -2L e mμL =(1)L Bl l 2B e m S e mμSS 是电子的自旋角动量，µS 的绝对值及其在z 方向的投影分别为如果原子中只有一个电子，则原子磁矩为J 是电子的总角动量。

如果原子中有多个电子，原子的总角动量有LS 耦合和JJ 耦合两种耦合方式，分别适用于原子序数比较小和原子序数比较大（Z > 80）的耦合方式。

常见的3d 族和4f 族元素，电子之间的轨道-轨道与自旋-自旋偶合较强，适合使用LS 耦合。

2.2 晶场效应原子结合成晶体后，原子的电子状态发生变化，价电子参与各种类型的键合，而处在格点位置的离子也不同于孤立离子，其电子状态因受周围离子所产生的静电场的作用而发生变化，这种静电场称为晶体电场，它所造成的影响称为晶场效应。

晶场效应有两种：一是离子中简并的电子态发生劈裂，二是电子的轨道角动量的贡献部分或者全部被冻结。