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第8章-磁畴

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铁磁材料的磁化曲线及其分类

铁磁材料的磁化曲线及其分类

内容简介
本教材理论推导从简，计算思路交待详细，概念述 明来龙去脉，增加例题数量和难度档次，章节分 “重计 算”及“重概念”两类区别对待，编排讲究逐步引深的 递进关系，联系工程实际，训练动手能力，尽力为后续 课程铺垫。借助类比及对偶手法，语言朴实简练，图文 印刷结合紧密，便于自学与记忆，便于节省理论教学时 数。适用于应用型本科及高职高专电力类、自动化类、 机电类、电器类、仪器仪表类、电子类及测控技术类专 业。
i 这时B 随H（随 ）迅速增长；
在磁路进入磁饱和以后，绝大部分磁畴已经转向，再
i 增加H（增加 ），磁畴贡献的附加磁场B′不再增加，此
时增加的B仅为电流本身产生，曲线2上升的斜率几乎与曲 线1相同，导致µ值下降。
进入磁饱和的铁磁材料其特性与非磁性材料 相近，丧失了高导磁性能，所以通常要求铁磁材 料工作在磁化曲线的b点附近。
此闭合曲线称为磁滞回线。当线圈处于交变电流作用时， 铁心将沿磁滞回线反复磁化→退磁→反向磁化→反向退磁。
8.2.3基本磁化曲线
一组磁滞回线正顶点的连Байду номын сангаас称为基本磁化曲线。 基本磁化曲线是磁路设计、计算的依据 。
8.2.4 铁磁材料的分类
软磁材料——硅钢、坡莫合金、铸铁、铸钢、纯铁等， 其磁滞回线狭长，矫顽力、剩磁和磁滞损耗较小，是变压 器、电机铁心的材料，其基本磁化曲线与磁滞回线近似程 度较好。
oa 段 B 随 H 缓慢上升， 较小。 ab 段 B 随 H 迅速增长，反映铁磁材料的高导磁性， 较大。 bc 段 B 的增长又趋缓慢，c点称为曲线的磁饱和点， 下降。 cd 段则进入较深磁饱和，这时 B 随 H 仅略有增加。 更小。
B
H
“磁饱和”的含义是“磁路进入磁饱和后，增加励磁电流，
第8章超磁致伸缩材料及其智能化应用-石雅莹

第8章超磁致伸缩材料及其智能化应用-石雅莹


,2
(
2 z

1)( 3
2 x


2 y
)
2 ,2
(
2 z

1 3
)
2 z

,2[ 1 2
(
2 x

2 y
)(
2 x


2 y
)

2 x
yx
y
]
2 ,2 ( z y z y x zxz )
7
第8章 超磁致伸缩材料及其智能化应用
立方晶系和六方晶系对称的磁致伸缩模式
4
第8章 超磁致伸缩材料及其智能化应用
8.1.2磁致伸缩系数
◆磁致伸缩效应的大小用磁致伸缩系数表示。
线磁致伸缩系数， 以 表示。 l / l
体积磁致伸缩系数，以 表示。 /
S11 S22 S33
◆沿不同方向测量出的不同。有纵向磁致伸缩系数和横 向磁致伸缩系数
• 4)非晶RFe2化合物的磁晶各向异性
成分为RFe2的溅射非晶态合金在结构和磁性方面与晶态合金不同。其居 里温度在室温以下直到400 K。这些合金最突出的特点是在低温时矫顽力大。 这是由于磁晶各向异性大和没有晶体结构两个因素共同造成的。在4K时，由 非晶TbFe2计算的最大磁能积为2.35EA／m，这与钐钴合金测得的最大值差不 多。虽然内禀磁晶各向异性可以持续到室温，但热能太高以至于无法阻止磁 化反转。因此，室温下矫顽力只有7.96 kA／m。
8.2.3稀土超磁致伸缩材料制备和组织结构
•
Terfenol-D材料的性能与其制备工艺、成分和微观结
构密切相关。不同制备工艺得到的材料的性能可以相差甚
远。
• 超磁致伸缩材料Terfenol-D主要有两种成分，即 Tb0.27Dy0.73Fex
磁路与磁路的欧姆定律

磁路与磁路的欧姆定律

4、铁磁材料分类： ①硬磁材料：不易磁化,不易退磁。 ②软磁材料：易磁化，易退磁。 ③矩磁材料：很易磁化，很难退磁。
1、什么是电路
知识回顾
电流流通的路径
2、电路欧姆定律、电阻定律?
3、磁感应强度的公式？
二、磁路
1、概念：磁通所通过的路径称为磁路。 有分支磁路
无分支磁路
2、磁路组成：线圈、铁芯物质做 成的芯子。
4.导磁 系数μ
描述导磁能力大小的物理量。通常使用相对导磁系数 r
r
0
无量纲
0
真空导磁系数
#
8-1
第一节 磁路的基本概念和定律
二、磁路的基本定律 安培环路定律 磁磁路欧路姆欧定姆律定律基尔霍夫定律 安培环路定律 磁路欧姆定律
安培环磁路与 安路定电培欧路律环姆类H磁路定似d路定,安律磁l欧律路培磁姆安也环I路定有培路欧各律环磁定种沿在姆路路律定任这定定欧律磁一闭律律姆路闭合磁定欧合路路律姆路径欧定径内姆律各,H定电的律流线的积代分数等和于包围 磁路欧姆定律
例题：铸钢圆环上绕有线圈800匝,通有2A电流，环
平均周长为0.5m，截面积3.25×10-4m2,求线
圈磁动势、磁阻和磁通。（硅钢片的磁导率 为7500H/m
Fm NI
Rm
l S
Fm Rm
几点说明：
1. 磁阻Rm 的大小取决于磁路的尺寸和材料的磁导率。
l Rm S
2. 很大，但不是常数，因此 Rm 也不是常数。所以磁
#
8-3 三、交流电磁铁
铁心
交流电磁铁也是一种电磁器件,结构 形式与直流电磁铁类似。在工业部 门应用极为广泛。如冶金工业中用 于提放钢材的电磁吊车；夹持工件 的电磁工作台；传递动力的电磁离 合器；液压传动中的电磁阀；交流 接触器及接触器等。
机械工业出版社大学物理 第08章 稳恒磁场02-安培力、磁力矩

机械工业出版社大学物理 第08章 稳恒磁场02-安培力、磁力矩

24
§8.6 磁介质对磁场的影响
能够对磁场有影响的物质称为磁介质。
一、磁导率
vv v B B0 B'
磁介质中的 总磁感强度
真空中的 磁感强度
介质磁化后的 附加磁感强度
实验表明： B r B0
相对磁导率
r
B B0
磁导率 r0
——表示磁介质磁化对磁场的影响
25
磁介质的分类
顺磁质 抗磁质 铁磁质
BIdl sin
因 dl rd
π
F BIr0 sin d
BI 2r
r
y
dF
rC
Idl
r
d
Bo
r
r
r
F BI 2r j BI AB j
B
I
Ax
17
例2 求如图不规则的平面载流导线
在均匀磁场中所受的力。
已知
r B
和
I。
y
dF
r B
r
解：
取一r 段电流r元
r
Idrl
dF Idl B
解 M NBISsin
得
π,
2
M Mmax
M NBIS 50 0.05 2 (0.2)2 N m
M 0.2N m
23
第八章 稳恒磁场
8.1 电流与电动势 8.2 磁场 磁感应强度 8.3 毕奥-萨伐尔定律 8.4 安培环路定理 8.5 磁场载流导体的作用 8.6 磁介质对磁场的影响 8.7 铁磁质
b
B
d vd+
+ +Fm +
+q
- - - - -
霍耳电压 UH
+
I UH
第8章 稳恒磁场

第8章 稳恒磁场


Fmax
q
F 大小: 大小 B = qv sin α 磁场也服从叠加原理
磁场力或磁力（洛伦兹力） 洛伦兹力） r 方向: 方向 q 不受力的方向定义为 B的方向 的方向.
v v B = ∑ Bi
i
v v
+
v B
单位: 单位 特斯拉 T ( 1 T = 10 4 G )
6
8.2 磁场 磁感应强度
8.2.3 磁通量 磁场的高斯定理
v 也可以引入磁感线(磁力线或 来形象的描述磁场。 也可以引入磁感线 磁力线或 B线)来形象的描述磁场。 来形象的描述磁场
规定：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感 规定：曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感 切线方向 的方向，曲线的疏密程度 疏密程度表示该点的磁感强度 强度 B 的方向，曲线的疏密程度表示该点的磁感强度 B 的大小。 的大小。 I S N S I I N
+
v v F 定义非静电场强： 定义非静电场强： E = k k q + r v 方向： 电动势 ε = ∫ Ene ⋅ dl ε 方向：电源内部负极
−
A 即 ε = ne q
=
v v F ⋅ dr ∫ k
−
+
−
q
正极
(电 内 源 )
普遍表达式
ε = ∫L
v v Ek ⋅ dl
3
8.2 磁场 磁感应强度
磁介质中的 总磁感强度
v v 实验表明： B = µr B 相对磁导率 µr 磁导率 µ = µrµ0 实验表明： 0
顺磁质 抗磁质 铁磁质
v v B > B0 v v B < B0
（铝、氧、锰等） 锰等） （铜、铋、氢等） 氢等） （铁、钴、镍等） 镍等）
铁磁性物质的磁化

铁磁性物质的磁化


8．3 交流铁心线圈
3．交流铁心线圈中的铁心损耗 在交变磁通作用下，铁心中有能量损耗，称为铁损。铁损主要由两部 分组成： （1）涡流损耗 铁心中的交变磁通Φ (t)，在铁心中感应出电压，由于 铁心也是导体，便产生一圈圈的电流，称之为涡流。涡流在铁心内流动时， 在所经回路的导体电阻上产生的能量损耗,称为涡流损耗。 减少涡流损耗的途径有两种：一是减小铁片厚度；二是提高铁心材料 的电阻率。 （2）磁滞损耗 铁磁性物质在反复磁化时，磁畴反复变化，磁滞损耗 是在克服各种阻滞作用而消耗的那部分能量。磁滞损耗的能量转换为热能 而使铁磁材料发热。 减少磁滞损耗有两条途径：一是提高材料的起始磁导率；二是减小剩 磁Bb。
8．4．1 电磁铁
电磁铁的结构形式很多，如图8．13所示。按磁路系统形式可分为拍 合式、盘式、E形和螺管式。按衔铁运动方式可分为转动式如图8．13 （a）所示和直动式如图8．13（b）、（c）、(d)所示。
电磁铁的基本工作原理： 当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们 之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心 方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹 簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。
NI l1 H1 l 2 H 2 l n H n
U m lH
或
NI lH U m （8．5）
8．1 磁路及磁路基本定律
图8．4所示磁路可分为三段，根据全电流定律有
NI l1 H1 l2 H 2＋l3 H 3
推广到任意磁路中有
NI lH
由于励磁电流是线圈产生磁通的来源，故称NI为磁路的磁通势F，单位 为安(A)。式(8．7)表示磁路中沿任意闭合曲线磁位差的代数和等于沿该曲 线磁通势的代数和，此称基尔霍夫磁位差定律。
第8章习题答案新

第8章习题答案新

第8章习题答案8.1.1填空题（１）两个铁心线圈除了匝数不同（N1 > N2）外，其他参数相同，若将这两个线圈接在同一交流电源上，他们的磁通Φ1___<_____Φ2。

（>，<，=）（２）交流铁心线圈，当线圈匝数Ｎ增加一倍，则磁通Φ将__减小____，磁感应强度B 将__减小____。

（增大，减小，不变）（３）一个理想变压器，空载电流忽略不计。

原副边匝数之比N1 / N2=2，且处于满载情况。

当ｍＡ时，其副边电流为_______mA。

(4) 磁通恒定的磁路称为直流磁路，磁通随时间变化的磁路称为交流磁路。

(5) 电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。

(6) 当外加电压大小不变而铁心磁路中的气隙增大时，对直流磁路，则磁通减小，电感减小，电流不变；对交流磁路，则磁通不变，电感减小，电流增大。

8.1.2 选择题（１）一空载变压器，其原绕组电阻为22Ω，当原边加上额定电压220Ｖ时，原绕组中电流为__C____。

（Ａ）10A （Ｂ）>>10A （Ｃ）<<10A（２）一空心线圈两端加一交流电压Ｕ，通过电流为Ｉ。

若将铁心插入线圈，线圈中的电流将__B_____。

（Ａ）增大（Ｂ）减小（Ｃ）不变（３）直流铁心线圈，当铁心截面积Ａ加倍，则磁通将__C___，磁感应强度Ｂ将__B____。

（Ａ）增大（Ｂ）减小（Ｃ）不变8.1.3 判断题（１）变压器副边电流总是与其副边端电压同相位。

（×）（２）一台降压变压器也可以反过来用作升压变压器。

（√）（３）若将空载变压器原绕组的扎数增加１倍，而所加电压不变，则空载电流也不变。

（×）（4）电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。

（√）（5）铁磁材料的磁导率小于非铁磁材料的磁导率。

（×）（6）在磁路中与电路中的电流作用相同的物理量是磁通密度。

（ √ ）（7）若硅钢片的接缝增大，则其磁阻增加。

（√ ）（8）在电机和变压器铁心材料周围的气隙中存在少量磁场。

科学效应和现象及详解

科学效应和现象及详解

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第二节 招标书和投标书
一、招标书 (一)概述 招标书，即业主按照规定条件发招标书，邀请投标人投标，在投标人中
选择理想合作伙伴的一种方式。 (二)类型 1.按时间划分有长期招标书和短期招标书。 2.按内容及性质划分有企业承包招标书、工程招标书、大宗商品交易招
标书。 3.按招标的范围分，有国际招标书和国内招标书。
第八章 科学效应和现象及详解
1 第一节 科学效应和现象的作用 2 第二节 科学效应和现象清单 3 第三节 科学效应和现象的应用步骤 4 第四节 科学效应和现象详解
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第一节 科学效应和现象的作用
从跨进校门，我们就开始了对数学、物理、化学、生物等自然科学知识 的学习，花费了大量的时间和精力来学习和掌握各门知识。但是，对于 如何在实践中应用所学到的这些知识，却是一片茫然。进入社会以后， 在学生时代所学的大量自然科学知识基本上都被封存起来了，很少再有 机会来重新回顾这些知识，更谈不上利用这些知识来解决那些看起来难 以解决的技术问题。
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第四节 科学效应和现象详解
一、 X射线
X射线是波长介于紫外线和，射线间的电磁辐射，由德国物理学家伦琴 于1895年发现，故又称伦琴射线。波长小于0. 1埃(1埃=10-10m)的称为 超硬X射线，在0. 1~1埃范围内的称硬X射线，1~10埃范围内的称软X射 线。X射线的特征是波长非常短，频率很高，它是不带电的粒子流，因 此能产生干涉、衍射现象。
下面首先介绍TRIZ理论中，解决发明问题时经常遇到的、需要实现的30 种功能，以及实现这些功能时经常用到的100个科学效应和现象，然后 对这100个科学效应和现象进行了详细解释，以便于读者进行查阅和应 用。
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磁粉检测(MT)教材按章节配套试题及答案

磁粉检测(MT)教材按章节配套试题及答案

磁粉检测第一章一、是非题1.1 磁粉检测中所谓的不连续性与缺陷，两者的概念是相同的。

( )1.2 磁粉检测与检测元件检测都属于漏磁场检测。

( )1.3 漏磁场检测的基础是不连续性处产生的漏磁场与磁粉的磁相互作用。

( )1.4 工件正常组织结构或外形的任何间断称为不连续性，所有不连续性都会影响工件的使用性能。

( )1.5 磁粉检测不能检测各种不锈钢材料，也不能检测铜、铝等非磁性材料。

( )1.6 磁粉检测方法只能探测表面开口的缺陷，而不能探测表面闭口缺陷。

( )1.7 磁粉检测难以发现埋藏较深的孔洞，以及与工件表面夹角小于20°的分层。

( )1.8 采用磁敏元件探测工件表面漏磁场时，检测灵敏度与检查速度有关，与工件大小无关。

( )1.9 如果被磁化的试件表面存在裂纹，使裂纹产生漏磁场的原因是裂纹具有高应力。

( ) 1.10磁粉检测对铁磁性材料表面开口气孔的检测灵敏度要高于渗透检测。

( )1.11一般认为对表面阳极化和有腐蚀工件的表面检测，磁粉检测通常优于渗透检测。

( ) 1.12用磁粉检测方法可以检出焊缝的层间未熔合缺陷。

( )1.13磁粉、渗透、涡流检测都属于表面缺陷无损检测方法。

( )1.14磁粉检测可发现铁磁性材料表面和近表面微米级宽度的小缺陷。

( )二、选择题1.1 能形成磁粉显示的零件结构或形状上的间断叫做：( )A.不连续性B.缺陷C.显示D.变形1.2 磁粉检测与检测元件检测主要区别是：( )A.两者的检测原理不同B.两者的检测程序不同C.两者用于探测磁场的传感器不同D.以上都是1.3 以下关于磁敏元件探测法的叙述中，正确的是：( )A.磁敏元件探测法的灵敏度与检查速度及工件大小有关B.磁敏元件探测法获得不连续性(包括缺陷)深度的信息C.探测时应根据需要调节磁敏元件与工件表面之间的距离，以判断漏磁场的变化情况D.以上都是1.4 磁粉检测对下列哪种缺陷的检测不可靠？( )A.表面折叠B.埋藏很深的气孔C.表面裂纹D.表面缝隙1.5 下列哪一条是磁粉检测优于涡流检测的地方？( )A.能检出所有金属材料的表面不连续性B.对单个零件检验快C.能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度D.以上都是1.6 下列哪一条是磁粉检测优于渗透检测的地方？( )A.能检出表面夹有外来材料的表面不连续性B.对单个零件检验快C.可检出近表面不连续D.以上都是1.7 承压设备对铁磁性材料工件表面和近表面缺陷的检测宜优先选择磁粉检测，主要是因为：（）A.能直观地显示出缺陷的位置、形状、大小和严重程度B.结合使用各种磁化方法，几乎不受工件大小和几何形状的影响C.磁粉检测对铁磁性材料工件的表面和近表面缺陷具有很高的检测灵敏度，可发现微米级宽度的小缺陷D.以上都是1.8 对检测有色金属管子表面缺陷最合适的方法是：( )A.超声法B.射线法C.磁粉法D.涡流法1.9 关于磁粉探伤常用单位制的换算关系正确的是：（）A．1奥〔斯特〕＝10-3/4л×安/米即：1 Oe＝10-3/4лA/mB．1韦伯＝108麦〔克斯韦〕1Wb＝108MxC．1高〔斯〕＝0.01毫特〔斯拉〕1Gs＝0.01mTD．1牛〔顿〕＝9.80665千克力1N＝9.80665kgf1.10被磁化的工件表面有一裂纹，使裂纹吸引磁粉的原因是：( )A.多普勒效应B.漏磁场C.矫顽力D.裂纹处的高应力1.11漏磁场检测的试件必须具备的条件是：( )A.电阻小B.探伤面能用肉眼观察C.探伤面必须光滑D.试件必须有磁性1.12磁敏元件探测法所使用的磁电转换元件是：( )A.二极管B.三极管C.电阻D.磁带1.13埋藏较深(表面下6～50mm)的缺陷的检测：( )A.方法与检测表面裂纹相类似B.如果缺陷是由细小的气孔组成，就不难检出C.如果缺陷的宽度可以估计出来，检测就很简单D.磁粉检测方法很难检查出来三、问答题1.1 简述磁粉检测原理。

普通物理学第八章恒定电流的磁场课后思考题

普通物理学第八章恒定电流的磁场课后思考题

思考题9-1 为什么不能简单地定义B 的方向就是作用在运动电荷上的磁力方向? 答：运动电荷磁力的方向不仅与磁感应强度B 的方向有关，还与电荷的运动方向、电荷的正负有关。

如果电荷运动的方向与磁场方向在同一直线上，此时电荷受力为零，因此不能定义B 的方向就是作用在运动电荷上的磁力方向。

9-2 在电子仪器中，为了减小与电源相连的两条导线的磁场，通常总是把它们扭在一起。

为什么?答：可以将扭在一起的两条通电导线看成是交织在一起的两个螺线管。

管外的磁场非常弱；因两个螺线管的通电电流大小相等、方向相反，而且匝数基本相当，管内的磁场基本上可以相互抵消。

因此，与电源相连的两条导线，扭在一起时比平行放置时产生的磁场要小得多。

9-3 长为L 的一根导线通有电流I ，在下列情况下求中心点的磁感应强度：（1）将导线弯成边长为L /4的正方形线圈；（2）将导线弯成周长为L 的圆线圈，比较哪一种情况下磁场更强。

解：在本题图 (a)中，由于正方形线圈电流沿顺时针方向，线圈的四边在中心处产生的磁场大小相等，方向都是垂直纸面向里。

所以，正方形中心点的磁感应强度为四边直导线产生得磁感应强度的叠加。

由教材例题6-1可知，其大小应为0214(sin sin )4I B r μββπ=- 将/8r L =，1/4βπ=-，2/4βπ=代入上式得()00042sin 4 3.604I I IB r L Lμμπππ=== 在图6-2(b)中，通电线圈中心处产生的磁场方向也是垂直纸面向里，大小由教材例题6-2可知为0'2I B Rμ=其中，/2R L π=。

则00' 3.14I I B L Lμμπ==比较得'B B >。

9-4 在载有电流I 的圆形回路中，回路平面内各点磁场方向是否相同?回路内各点的B 是否均匀?答：根据毕奥一萨伐尔定律，用右手螺旋关系可以判定：载流圆形回路平面(a) (b)思考题9-3内各点的磁感应强度B 方向相同，都垂直于回路平面，但回路平面内各点．B 的大小不同，即B 的分布非均匀。

《磁性物理》第五章-磁畴理论PPT

《磁性物理》第五章-磁畴理论PPT

相等。
以900畴壁为例： (1) 当900畴壁位于AB取向时
A
nk
M si n M sk n 0 AB表面上的磁荷密度：
Ms B i
0 M si n M sk n
Ms
0 M si M sk n 0
畴壁表面不会出现磁荷，也不会产生退磁场
(2) 当900畴壁位于A’B’位置时
0
M sz z
0
M sz 常数
Ms n 常数
即Ms在畴壁内过渡时，应始终保持Ms与畴壁法线 n之间的夹角φ为常数，才能满足不出现磁荷的条件。
四、1800Bloch畴壁的厚度与畴壁能计算 实际畴壁中磁矩的转向在畴壁厚度中是非均匀过渡的。
Z轴为畴壁法线方
向，磁矩始终在XOY 平面内旋转且与Z轴垂 直，以θ代表磁矩转过 角度，并令Z＝0时θ=0。 2
1 a2
Eex
AS2
z 2
而单位厚度中有1 a 个原子层间隔，故单位体积的交换能
增量为：
1 a
1 a2
Eex
1 a
AS2
z 2
单位面积的畴壁中交换能增量：
ex
AS2 a
z2 dz
A1
z2 dz
A1
AS2
a
对简单立方：
1
在畴壁两边，即z→±∞处，磁矩在易磁化方向，Fk=0，由 两边进入畴壁，θ逐渐改变， Fk 逐渐增加。
1、片型畴 样品内的磁畴为片型，相邻两畴的Ms成1800角，在样 品单位面积，厚度为L的体积内能量为
M
2 s
D
L
D
NS D
由E D 0
L
104 D
L
M s 17
SN
Emin 2M s 17 L 104

材料性能学名词解释

材料性能学名词解释第⼀章（单向静载下⼒学性能）弹性变形：材料受载后产⽣变形，卸载后这部分变形消逝，材料恢复到原来的状态的性质。

塑性变形：微观结构的相邻部分产⽣永久性位移，并不引起材料破裂的现象弹性极限：弹性变形过度到弹-塑性变形(屈服变形)时的应⼒。

弹性⽐功：弹性变形过程中吸收变形功的能⼒。

包申格效应：材料预先加载产⽣少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余应⼒（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应⼒降低的现象。

弹性模量：⼯程上被称为材料的刚度，表征材料对弹性变形的抗⼒。

实质是产⽣100%弹性变形所需的应⼒。

滞弹性：快速加载或卸载后，材料随时间的延长⽽产⽣的附加弹性应变的性能。

内耗：加载时材料吸收的变形功⼤于卸载是材料释放的变形功，即有部分变形功倍材料吸收，这部分被吸收的功称为材料的内耗。

韧性：材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能⼒。

超塑性：在⼀定条件下，呈现⾮常⼤的伸长率（约1000%）⽽不发⽣缩颈和断裂的现象。

韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断⼝。

第⼆章（其他静载下⼒学性能）应⼒状态软性系数：不同加载条件下材料中最⼤切应⼒与正应⼒的⽐值。

剪切弹性模量：材料在扭转过程中，扭矩与切应变的⽐值。

缺⼝敏感度：常⽤试样的抗拉强度与缺⼝试样的抗拉强度的⽐值。

NSR硬度：表征材料软硬程度的⼀种性能。

⼀般认为⼀定体积内材料表⾯抵抗变形或破裂的能⼒。

抗弯强度:指材料抵抗弯曲不断裂的能⼒，主要⽤于考察陶瓷等脆性材料的强度。

第三章（冲击韧性低温脆性）冲击韧度：⼀次冲断时，冲击功与缺⼝处截⾯积的⽐值。

冲击吸收功：冲击弯曲试验中，试样变形和断裂所吸收的功。

低温脆性：当试验温度低于某⼀温度时，材料由韧性状态转变为脆性状态。

韧脆转变温度：材料在某⼀温度t下由韧变脆，冲击功明显下降。

该温度即韧脆转变温度。

迟屈服：⽤⾼于材料屈服极限的载荷以⾼加载速度作⽤于体⼼⽴⽅结构材料时，瞬间并不屈服，需在该应⼒下保持⼀段时间后才屈服的现象。

磁化学


基本概念
磁化和电极化现象类似，只不过是将原子或分 子内的电流线圈重新排列，或在物质内部诱导产生 磁偶极。 M ：单位体积磁偶极矩 M = 0–1mB
(1.15)
m：磁化率 0：真空透过率 mol = K Mr/103 = m Mr/103 (m3 mol–1)
(K：质量磁化率)
固体表面物理化学国家重点实验室
基本概念
电极化 P ：单位体积诱导偶极矩
P = 0eE
(1.11)
e：电极化率
0：真空介电常数
(8.854210–12 J–1C2m–1) (b) 极化度： 非极性物质(大部分是绝缘体)，极化主要是较弱
的变形效应，施加电场造成原子核和电子轨道的相
对移动，诱导产生电偶极矩
固体表面物理化学国家重点实验室
基本概念
5. Ørsted：(1819) 电流产生磁场 6. Ampé re：(1820-25) 电流线圈在某处产生的
磁作用相当于一个磁棒。
7. Faraday：(1831) 发现电磁感应 (1845) 创造名词 magnetic field 8. 经典电磁理论 9. 量子力学
第十二章
参 考 资 料
1) 姜寿亭、李卫 编著的第一版《凝聚态磁性物理》2005年版 2) Richard L. Carlin著《Magnetochemistry》1986年版 Springer-Verlag (注：南京大学翻译过该书) 3) A. F. Orchard著《Magnetochemistry》2003年版 Oxford Higher Education出版 4) Olivier Kahn著《Molecular Magnetism》，Wiley-VCH出版 5) Stephen Blundell著《Magnetism in Condensed Matter》， Oxford Higher Education出版 6) J. S. Miller和M. Drillon编著《Magnetism: Molecules to Materials》(I-V)，Wiley-VCH出版 7) K. H. J. Buschow和F. R. de Boer著《Physics of Magnetism and Magnetic Materials》 Kluwer Academic/Plenum Publishers出版

第五章 磁畴理论.

L
N N N N Ms S S S S
情况2：自发磁化形成简单的片状磁畴 此时，材料表面也出现磁极，内部也有Fd，同时，由于 畴壁能的存在，需要考虑二者的共同作用。
Ed 1.7 107 M s2 D L Ew w D
N L
S
N S
N
S N S N S w 为单位面积的畴壁能 （畴壁能量密度） L 7 2 E Ed Ew 1.7 10 M s D w D E 由 0得： D L 7 2 1.7 10 M s w 2 0 D
2
A1
AS 2
a
对简单立方： 1
在畴壁两边，即z→±∞处，磁矩在易磁化方向，Fk＝0， 由两边进入畴壁，θ逐渐改变， Fk 逐渐增加。 单轴各向异性的晶体，进到z＝0处，Ms⊥易磁化方向， Fk 最大。 立方晶体，在畴壁中点(z＝0)处， Ms∥易磁化方向， Fk＝0 所以，立方晶体的Fk在畴壁的两边为零，进入畴壁后逐 渐增大到最大值，再进入又减小，在z＝0处又减到零。 可见， Fk是θ的函数。 ∴单位面积畴壁中的磁晶各向异性能为：
可把θ 接近π/2处视为边界。 300 0 -300
-900
AK
1
1
-3
-1 0 1
3 z
若将z 0处的磁矩转向的斜率近 似看成整个畴壁厚度的 磁矩旋转斜率，即： 1 dz 而 d z 0 2
dz d z 0 A1 sec 2 4 K u1 tg 2 4 0
但是形成磁畴后,将引起Fex与Fk的增加（即畴壁能）。 因此，磁畴数目的多少及尺寸的大小完全取决于Fd与 畴壁能的平衡条件。 二、从片状磁畴说明磁畴分成小区域的原因 设想一面积较大的磁体： 情况1：自发磁化后不分畴，全部磁矩向一个方向

程守洙《普通物理学》(第5版)(上册)章节题库-恒定电流的磁场(圣才出品)

第8章恒定电流的磁场一、选择题1．在某均匀磁场中放置有两个平面线圈，其面积，通有电流，它们所受的最大磁力矩之比为（）。

A．1B．2C．4D．【答案】C【解析】由M＝BIS得所以故2．一个半径为r的圆线圈置于均匀磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，线圈电阻为R。

当线圈转过30°时，以下各量中，与线圈转动快慢无关的量是（）。

A．线圈中的感应电动势B．线圈中的感应电流C．通过线圈的感应电荷量D．线圈回路上的感应电场【答案】C3．半径为a1的载流圆形线圈与边长为a2的方形载流线圈通有相同的电流，如图8-1所示，若两线圈中心O1和O2的磁感强度大小相同，则半径与边长之比a1:a2为（）。

图8-1A．1:1B．C．D．【答案】D4．两个相距不太远的平面圆线圈，一线圈的轴线恰好通过另一线圈的圆心。

怎样放置可使其互感系数近似为零（）。

A．两线圈的轴线相互平行B．两线圈的轴线相互垂直C．两线圈的轴线成45°角D．两线圈的轴线成30°角【答案】B5．无限长空心圆柱导体的内、外半径分别为a和b，电流在导体截面上均匀分布，则在空间各处的大小与场点到圆柱中心轴线的距离r的关系，定性地分析如图（）。

A．B．C．D．【答案】B二、填空题1．载有恒定电流I的长直导线旁有一半圆环导线cd，半圆环半径为b，环面与直导线垂直，且半圆环两端点连线的延长线与直导线相交，如图8-2所示。

当半圆环以速度υ沿平行于直导线的方向平移时，半圆环上的感应电动势的大小是______。

图8-2【答案】2．如图8-3所示，一条无限长载流直导线载有电流I，在一处弯成半径为R的圆弧。

这圆弧的中心O点的磁感强度B的大小为______，方向为______。

图8-3【答案】；3．一等腰直角三角形ACD，直角边长为a，线圈维持恒定电流I，放在磁感应强度为的均匀磁场中，线圈平面与磁场方向平行，如图8-4。

如果AC边固定，D点绕AC边向纸面外旋转π/2，则磁力所做的功为______；如果CD边固定，A点绕CD边向纸面外旋转则磁力所做的功为______；如果AD边固定，C点绕AD边向纸面外旋转则磁力所做的功为______。

第27讲8-7磁畴结构畴壁


10
铁磁质单晶体磁化过程
H
11
铁磁质单晶体磁化过程
H
12
铁磁质单晶体磁化过程
H
13 返回
铁磁质单晶体磁化过程
H
14 返回
铁磁质单晶体磁化过程
H
15 返回
铁磁质单晶体磁化过程
H
16
铁磁质单晶体磁化过程
H
17
铁磁质单晶体磁化过程
H
18
铁磁质单晶体磁化过程
H
19
铁磁质单晶体磁化过程
H
20
68
情况(b)：n个片状畴，
退磁场能为： Ed=[ V (NMs2μ0) /2]/n
这样分畴越多，退磁能就越低。极端地说，可 以分到象反铁磁性物质那样原子间相互反平行 排列。 实验证明铁磁性物质的磁畴中有1015-1019个原子。 这是因为实际上磁畴之间存在的（n-1）块畴壁 具有畴壁能。因此这时的总能量Eb为： Eb=[ V (NMs2μ0) /2]/n + γ180×(n-1)S180 设n=20，则Eb=0.016J，是Ea的1/20
情况（d）片状畴加封闭畴 Ed和Ek然仍然为零，只存在磁弹性能和畴壁 能，其总能量为 Ed= V×λ1002 c11/2 + γ180×S180 +γ90×S90 假定出现了n=8块的片状畴，则总能量为 Ee=16×10-6J。 4种畴结构中，（d）是能量最低的。
71
实际存在的畴结构是与图8-17（d）的畴结构 相一致，说明在本例中封闭畴结构比图817(b)所示的片状畴结构的能量更低 实际材料中的畴结构，还要受到材料的尺寸、 晶界、应力、掺杂和缺陷等的影响，因此实 际材料的畴结构是相当复杂的
H

第8章磁畴(1)


形成原因
铁磁体内部存在许多自发磁化的小区域，这些小区域 的形成是由于铁磁体内的交换作用能和磁晶各向异性 能相互竞争的结果。在铁磁体内部，由于原子间的交 换作用，相邻原子的磁矩趋向于平行排列，以降低交 换能。同时，由于磁晶各向异性，原子磁矩又趋向于 沿某些特定方向排列，以降低磁晶各向异性能。这两 种相互竞争的作用导致铁磁体内部形成许多不同方向 排列的磁畴。
06
磁畴在科技领域应用前景
自旋电子学器件设计与应用
自旋电子学器件原理
利用磁畴中的自旋属性，设计具有特 定功能的电子器件，如自旋阀、自旋 滤波器等。
自旋电子学器件应用
在计算机、通信和消费电子等领域， 自旋电子学器件可用于实现高速、低 功耗的数据处理和传输。
高密度信息存储技术发展趋势
高密度磁存储技术
磁畴是反铁磁性材料中，具有相同磁矩方向的区域。由于相邻原子磁矩反平行排列，不同磁畴间存在 畴壁。
磁畴结构
反铁磁性材料的磁畴结构复杂多样，包括单畴、多畴、畴壁等结构。不同磁畴结构对材料的物理性质 有重要影响。
温度对反铁磁性材料磁畴影响
温度升高
随着温度升高，反铁磁性材料的磁畴结 构发生变化。热运动使得原子磁矩的排 列更加无序，导致磁畴尺寸减小，畴壁 移动性增强。
。这种矫顽力的存在使得铁磁体的磁性表现出非线性和滞后性。
02
铁磁性材料中的磁畴行为
铁磁性材料分类及特点
铁磁性材料
具有自发磁化特性，存在磁畴结构，如铁、钴、镍及其合 金等。
亚铁磁性材料
与铁磁性材料类似，但磁化强度较低，如磁铁矿（Fe3O4 ）。
反铁磁性材料
相邻原子磁矩反向排列，整体不显示磁性，但在一定温度 下可转变为铁磁性，如铬（Cr）。
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z 2
dz

2 A1
2
z 2
dz
其中使用了在 ,处 w 0 式中第二项
。z 0

g( )dz
g( ) dz


因此得到 所以
w

[

g (
)

2
A1
2
z 2
]
二、磁畴壁的类型
1．180畴壁 畴壁两侧磁畴的自发磁化矢量的方向互成180 角，这样的畴壁为180畴壁。单易磁化轴晶体 只有180畴壁，多轴晶体也有180畴壁。
2．90畴壁
畴壁两侧磁畴的自发磁化矢量方向不是180， 而是90，107，71等，一律称为90畴壁。
对于理想晶体每个磁畴的自发磁化矢量都处在 晶体的易磁化轴上。这里理想晶体是指：没有 外场作用；无应力或缺陷存在；均匀单相且无 非磁性相；无内部退磁场。 第二种，根据畴壁中磁矩的过渡方式不同，可 将畴壁分为布洛赫(Bloch Wall)壁和奈尔壁 (Neel Wall)两种。
F 2AS2 cos
当相邻两原子的磁矩平行排列时 0，其交换能为
F0 2 AS 2
则，原子间的夹角为 时，交换能增量为
F

F

F0

2AS2 (1 cos)

4AS2
s in 2

2
近似为
F 4AS2 sin2 AS2 2
2
考虑畴壁是由N层原子组成，畴壁两侧磁矩夹 角为180。设每层原子转过相等的角度 ，/ N 则 引起的交换能增量为
三、布洛赫壁的结构特征
1．畴壁结构第一定则 相邻两端磁畴中的自发磁化矢量 在畴壁法线方向的投影分量相等 。 若90畴壁，畴壁取向要满足畴 壁表面不出现磁荷的条件，只能 是相邻两磁畴中的磁化矢量在畴 壁法线方向的投影分量相等。所 以，180畴壁取向是平行于畴中 磁化矢量的任意平面；90畴壁 取向则是法线在相邻两畴的磁化 矢量夹角的平分面上的任意平面 。
由 E 0
D
可得平衡时的磁畴宽度D， D 104 wL
M S 17
二、决定磁畴结构的各种因素
除退磁场能这个决定因素外，其他因素也值得 考虑：磁各向异性能；交换相互作用能；磁弹 性能等。
圆片铁磁体各种磁畴结构
5.2 磁畴壁结构及其特性
一、畴壁的形成
磁畴壁是相邻两磁畴之间磁矩按照一定规律逐渐 改变方向的过渡层。 以下通过计算畴壁能量和厚度，说明铁磁体内相 邻两磁畴之间磁畴壁的形成以及磁畴壁内磁矩方 向变化是采用逐渐过渡方式的。 已经知道，相邻两原子间的交换能
1．布洛赫壁 在布洛赫壁中磁矩的过渡方式是始终保持平行于畴壁 平面，因而在畴壁面上无自由磁极出现，这样就保证 了畴壁上不会产生退磁场，但在晶体表面出现磁极有 退磁场。在铁磁材料中大块晶体材料内的畴壁属于布 洛赫壁。由于是大块晶体材料，尺寸很大，表面磁极 产生的退磁场可忽略不计。
2．奈尔壁 在薄膜材料中，一定条件下，将会出现奈尔壁。在奈 尔壁中磁矩是平行于薄膜表面逐步过渡的。不是像布 洛赫壁那样，磁矩平行于畴壁逐步过渡。这样在奈尔 壁两侧表面上将会出现磁极产生退磁场。只有在奈尔 壁的厚度比薄膜的厚度大很多时退磁场能才比较小。 因此，奈尔壁的稳定程度与薄膜的厚度有关。
F AS2 ( )2
N
当铁磁体晶格常数为a时，在厚度为 N，a 长和 宽均为1的畴壁体积中，单位面积畴壁面上共有 个 1/ a2 原子。单位面积畴壁中交换能增量为，
ex

N
1 a2
F

AS 2
2
Na 2
ex

N
1 a2
F

AS 2
2
Na 2
由此可见，畴壁中包括原子层数越多，也就是 畴越厚，则在畴壁中引起的交换能越小。所以， 为了使畴壁中引起的交换能增加的小一点，畴 壁中磁矩方向的改变只能采取逐渐过渡的形式。 而不能突变0—180。
但是在畴壁中原子的自旋磁矩方向逐渐过渡，必然 会引起每一个原子磁矩方向偏离原来的磁晶各向异 性为最低的易磁化方向，从而导致了磁晶各向异性 能的增加。例如，单位面积的畴壁所具有的磁晶各 向异性能估算为
K K1V K1Na K1
显然，磁晶各向异性能随畴壁厚度的增加而增加。 因此，畴壁要具有一个稳定的结构必须满足畴壁中的 交换能和磁晶各向异性能的总和为极小。单位面积畴 壁中总畴壁能
例，180畴壁。在畴壁内部相邻两原子层之间的原子磁
矩转过角度 a。畴壁中相邻原子层的两个原子间的
交换能为
z
Eex

AS 2
2

AS 2a2 (
z
)2
对于简单立方晶体，每单位体积的原子个数为1/a3， 因此单位体积内的交换能
1 a3
Eex

AS 2 a
( z
)2
w ex k


[

A1 (

z
)2

g(
)]dz
在稳定的畴壁状态中，畴壁内磁矩的转向角度 (z)必
须满足使总畴壁能为极小的条件。因此可以从上式极
小的条件，求出 随z变化的关系。这是一个变分问题， 对于任意小的变量 ，要求总的畴壁能改变 ，即
Байду номын сангаас
w 0
1 a3
Eex

AS 2 a
(
z
)2


A1( z
)2
因此，单位面积的畴壁中的交换能
ex

A1
( )2 dz
z
式中， A1

AS 2 a
单位面积畴壁中的磁晶各向异性能为

ex
g( )dz

g() 为单位体积的磁晶各向异性能，它随自发磁化
强度的方向而变化。 单位面积畴壁总能量
对于不同的磁畴，其自发磁化强度的方向是不同的。 因此，退磁场能尽量小的要求是磁畴形成的根本原 因。退磁场最小要求将磁体分成尽量多的磁畴；但 是形成磁畴以后，两个相邻磁畴之间存在着一定宽 度的过渡区域，在此区域磁化强度由一个磁畴的方 向逐渐过渡到另一个磁畴的方向。磁矩遵循能量最 低原理，按照一定的规律变化。这样的过渡区域称 为磁畴壁。
( dz
d
) z 0

A1 KU1
由此定义畴壁的有效厚度
/ 2 A1 / 2 KU1 A1
KU1
A1 KU1
计算180畴壁能量密度
/2
/2
w 2
A1 / 2
g( )d 2
A1 KU 1
退磁场能，Ed

1.7

10
7
M
2 S
D
公式推导见钟书p202
式中D是片状磁畴的宽度，显然，片状磁畴的宽度D越
小，退磁场能越小。
磁畴壁能，Ew


w
L D
式中 w 为畴壁能量密度，L为 晶体的厚度。（参见宛书P215 图5-2（b)
总能量，
E

Ed

Ew

1.7

10
7
M
2 S
D


w
L D
所以，我们将上式变成 将上式代入下式得
FKU KU1 cos2 g( )
查积分表：樊映川高数p351

z
A1 d
A1 d
A1 lg tan( )
0 g( )
KU1 0 cos
KU1
24

c
1 os
x
dx

ln(
c
1 os
x

tan
x)

C
ln tan( x ) C 24
但是实际的铁磁体有一定的几何尺寸，还要考虑退 磁场能。自发磁化矢量的一致排列，必然在铁磁体 表面上出现磁极而产生退磁场，这样就会因退磁场 能的存在使铁磁体内的总能量要增加，自发磁化矢 量的一致取向分布不再处于稳定状态。为降低表面 退磁能，只有改变自发磁化矢量的分布状态来实现。 于是在铁磁体内部分成许多大小和方向基本一致的 自发磁化区域，这样的每一个小区域称为磁畴。
w



[
A1
(

z
)2

g
(
)]dz

0
分别考虑，上式第一项为

A1
(

z
)2
dz


2 A1
( )dz
z z

2
A1
(

z
)
z
(
)dz

2
A1
(

z
)
|



2 A1
2
磁晶各向异性能大的区域，相邻原子自旋磁矩转向的
角度就大；磁晶各向异性小的区域，相邻原子自旋磁
矩转向的角度就小。显然，g() 在晶体中各处并不相同。
所以，磁矩在畴壁中旋转的角度变化率 也不是均
匀的。
z
dz A1 d g( )

z
A1 d
0 g( )
畴壁的能量密度
/2
w 2 A1 /2 g( )d
z

2 A1
z
2
z 2
dz
z
因为
z
时 g( ) 0, 0
z
，得
g(
)


A1( z
)2
g(
)