常用的铁磁材料及其特性ppt课件

磁力玩具
总结词
利用磁铁同性相斥、异性相吸的特性，实现各种有趣的玩法。
详细描述
磁力玩具是一种利用磁铁同性相斥、异性相吸的特性，通过不同的组合和拼装方式，实现各种有趣的玩法的玩具 。例如，磁力球、磁力棒等。
05
总结
回顾磁铁的特性
磁铁具有吸引铁、镍 、钴等金属的特性。
磁力可以穿透某些非 金属材料，如纸张、 塑料等。
大班有趣的磁铁ppt课件
contents
目录
• 磁铁的简介 • 磁铁的特性 • 磁铁的科学实验 • 磁铁在生活中的应用 • 总结
01
磁铁的简介什么是磁铁01磁铁是一种具有磁性的天然或人 造的物质，能够吸引铁、镍、钴 等金属。
02
磁铁的磁性是由于其内部的原子 或分子的排列方式，使得它们像 小磁铁一样指向同一方向。
详细描述
扬声器是利用磁铁产生磁场，通过磁 场驱动线圈振动，从而产生声音的装 置。磁铁的强弱和线圈的振动频率决 定了声音的高低和音色。
硬盘
总结词
利用磁铁记录数据，实现数据的存储 和读取。
详细描述
硬盘是一种利用磁铁记录数据，实现 数据存储和读取的存储设备。通过磁 头的读写操作，可以将数据存储在硬 盘的磁道上，也可以从硬盘中读取数 据。
日常生活
磁铁也广泛应用于日常生 活中，如冰箱门密封条、 耳机、扬声器等。
科学实验
磁铁在科学实验中常被用 作演示磁场和电磁感应等 现象的工具。
02
磁铁的特性
磁性
磁性定义
磁铁能够吸引铁、镍等金属的性 质，称为磁性。
磁性来源
磁性来源于磁铁内部电子的排列和 运动，当这些电子自旋时，会产生 磁场。
磁性强弱
磁性强弱与磁铁的种类、大小、温 度等因素有关，一般来说，体积越 大、温度越低的磁铁，磁性越强。

第二节 常用的铁磁材料及其特性 一、铁磁物质的磁化
铁磁物质包括铁、镍、钴等以及它们的合金。将这些材料 放入磁场中，磁场会显著增强。铁磁材料在外磁场中呈现很 强的磁性，此现象称为铁磁物质的磁化（图示）。
Fe (2000 ~ 6000 )0
二、磁化曲线和磁滞回线
1．起始磁化曲线
c
d
B
将一块尚未磁化的铁
2．硬磁材料
碰滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大的铁磁材 料称为硬磁材料，如图1-11b所示。由于剩磁大， 可用以制成永久磁铁，因而硬磁材料亦称为永磁 材料，如铝镍钻、铁氧体、稀土钴、钕铁硼等。
四、铁心损耗
1．磁滞损耗 铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复交变磁化， 磁畴相互不停地摩擦而消耗能量，并以产生热量 的形式表现出来，造成的损耗称为磁滞损耗。
简称剩磁密度；
Bm a
b
Hc称为矫顽力，
Br
铁磁材料所具有的这种磁
通密度B的变化滞后于磁 场强度H变化的现象，叫
Hm c
Hc
做磁滞。
e
f Hm H
呈现磁滞现象的B-H闭合 回线，称为磁滞回线，
d
Bm
图1-8 铁磁材料的磁滞回线
3．基本磁化曲线
对同一铁磁材料， 选择不同的磁场强度进
B
行反复磁化，可得一系
列大小不同的磁滞回线,
再将各磁滞回线的顶点
联接起来，所得的曲线。
（图示）
基本磁化曲线与起始 磁化曲线的差别很小
基 本 磁 化 曲 线
H
三、铁磁材料
按照磁滞回线的形状不同， 铁磁材料可分为软磁 材料和硬磁 (永磁)材料两大类。
1．软磁材料
磁滞回线窄，剩磁和 矫 顽力都小的材料，称 为软磁 材料，如图1-11a 所示。 常用的软磁材料有电工 硅钢片、铸铁、 铸钢等。 软磁材料磁导率较高。

磁性材料特性
不同的磁性材料具有不同的磁特性，如矫顽力、剩磁、磁能积等。这些特性决定了磁性材料在不同应用场合下的 表现。
磁力线方向与强度
磁力线方向
磁力线是描述磁场分布的曲线，其方向表示了磁场的方向。在磁体外部，磁力 线从N极出发，指向S极；在磁体内部，磁力线从S极指向N极，形成闭合曲线 。
磁力线强度
磁铁性质
磁铁具有两极，即北极(N极)和南 极(S极)。同极相斥，异极相吸。 磁铁的磁力线是从N极出发，回 到S极的闭合曲线。
磁铁种类及特点
01
永久磁铁
永久磁铁是一种能够长期保持磁性的磁铁，它不易失磁，使用寿命长。
常见的永久磁铁有铁氧体磁铁、钕铁硼磁铁等。
02 03
电磁铁
电磁铁是一种通过电流产生磁场的磁铁。当电流通过线圈时，线圈周围 就会产生磁场，使得铁芯磁化，从而产生磁性。电磁铁具有磁性可控、 易于实现自动化等优点。
避免高温和强烈震动
磁铁在高温下可能会失去磁性，而强烈震 动则可能导致磁铁破碎或磁性减弱。
存放时保持干燥
潮湿的环境容易导致磁铁生锈，影响其使 用寿命和磁性。
避免误吞或接触皮肤等危险行为
禁止儿童玩耍
01
避免儿童将磁铁当作玩具，发生误吞或吸入等危险情况。
避免长时间接触皮肤
02
磁铁的强磁性可能会对皮肤产生压迫，导致血液循环不畅或皮
观察铁粉在磁场中排列现象实验
01
实验材料
磁铁、铁粉、玻璃板
02
实验步骤
将玻璃板平放在桌面上；在玻璃板上均匀地撒上铁粉；将 磁铁放在玻璃板下方，观察铁粉的排列现象。
03
实验原理
当磁铁靠近铁粉时，铁粉会被磁化并在磁场作用下呈现出 有序的排列。这是因为磁场对铁粉产生了力的作用，使得 铁粉在磁场中呈现出特定的排列方式。通过观察铁粉的排 列现象，可以更加直观地了解磁场的作用和性质。

常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。
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8
铁粉芯
铁粉芯是磁性材料四氧化三铁的通俗说法，主要应用于电器回 路中解决电磁兼容性（EMC）问题。即用来消除电器回路中由于各 种不同原因产生的杂波，辐射。
如下图是由铁粉芯制成的磁环，当一定波段的杂波通过磁环时， 磁环的电磁特性导致这一波段的电流被转化为磁力以及部分热量从 而被消耗掉。来达到降低杂波的目的。
坡莫合金
互感器
互感器又称为仪用变压器， 是电流互感器和电压互感器的 统称。其功能主要是将高电压 或大电流按比例变换成标准低 电压（100V）或标准小电流 （5A或1A，均指额定值），以 便实现测量仪表、保护设备及 自动控制设备的标准化、小型 化。
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11
展望未来
磁电共存这一基本规律导致了磁性材料必然与电子技术相互促进 而发展，例如光电子技术促进了光磁材料和磁光材料的研制。
稀土永磁铁面向汽车应用
(3)铁氧体硬磁材料：这是以Fe2O3为主要组元 的复合氧化物强磁材料(狭义)和磁有序材料如 反铁磁材料(广义)。其特点是电阻率高，特别 有利于在高频和微波应用。如钡铁氧体
(BaFe12O19)和锶铁氧体(SrFe12O19)等都有很 多应用。
磁阀
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6
四.发展现状与展望未来
高磁通密度和低磁芯损耗的特性，使铁硅铝磁芯非常适用 于功率因数校正电路，以及单向驱动的应用，如回扫变压器， 脉冲变压器。
铁硅铝粉芯磁环
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10
坡莫合金粉芯 坡莫合金指铁镍合金，坡莫合金的最大
特点是具有很高的弱磁场导磁率。它们的饱 和磁感应强度一般在0.6--1.0T之间。
用于制作音频变压器、互感器、磁放大 器、磁调制器、扼流器、音频磁头等。

31
反铁磁性
• 物质原子间静电交换作用使原子磁矩有序排列，当 交换积分A<0时，原子磁矩反平行排列的状态称为 反铁磁态，处于反铁磁态的物体称为反铁磁体。
某些反铁磁体的磁性常数
物质
TN(K)
χ(θ)/χ(TN)
MnO
122
2/3
MnS
165
0.82
MnSe
150
MnTe
323
0.68
MnF2
72
FeO
5
• 铁磁性研究的核心问题就是为什么铁磁体 的原子磁矩比顺磁体容易整列？
物质内部原子磁矩的排列 a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性
6
铁磁性的物理本质
7
Weiss假设
• Weiss提出第一个假设：磁体中存在与外场无关的自 发磁化强度，在数值上等于技术饱和磁化强度Ms， 而且这种自发磁化强度的大小与物体所处环境的温 度有关。对于每一种铁磁体都有一个完全确定的温 度，在该温度以上，物质就完全失去了其铁磁性。
• 人们把注意力转向静电力。但是，建立在Newton力 学和Maxwell电磁力学上的经典电子论也不能揭示 铁磁体自发磁化的本质。
• Heisenberg和Frank按照量子理论证明，物质内相邻 原子的电子间有一种来源于静电的相互作用力。由 于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各原子的 磁矩平行或反平行排列。
• 磁相互作用力的能量与热运动的能量相比太小了， 根据计算，在磁相互作用力下，物体只需加热到 1K就可以破坏原子磁矩的自发平行取向，因而物 体的居里温度应在1K左右。
13
• 实际铁磁体的居里温度在数百K甚至上千K。
• 引起铁磁体内原子磁矩排列整齐，并使有序状态 保持到如此高的温度的力量显然比磁相互作用力 要大千百倍。

求其轴线上一点 p 的磁感强度的方向和大小.
Idl
r
dB
B
o
R
p B
x
*
x
I
dB 0
4π
Idl r2
解: 根据对称性分析
毕奥—萨伐尔定律的应用2
Idl
sin R
R
o
r
x
dB
*p x
r2 R
B0I
4π
r 2 x2
sindl
l r2
dB x
dB 0
4π
Idl r2
dB xdsBin4 π 0Isri2 n dl
0I dl
2πR l
I B
dl
oR
l
l 设 l 与 I 成右螺旋
关系
3.3 安培环路定理-应用
求载流螺绕环内的磁场 （已知 n N I）
1） 对称性分析；环内 B 线为同心圆，环外 B 为零.
2 ）选 回路(顺时针圆周) .
lB d Bl 2 0π NR I B 0 NI
2π R
d
令L2πRB0NIL
内部交流报告
磁性材料基础知识
提纲
1 磁性材料的发展简史
2 磁学基本常识
磁性来源 磁学基本概念 磁性材料分类
3 电磁学主要定律-恒稳/交变磁场
4 磁性材料性能分析
5 磁性材料应用实例
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
一、磁性材料发展简史（续）
• 1946年 Bioembergen发现NMR效应 • 1948年 Neel建立亜铁磁理论

磁铁氧体6 万吨、永磁铁氧体8 万吨、钕铁硼磁体2000 吨。
总之, 从市场发展看, 中国长期在全球磁 性材料市场发展前景是乐观的。
六
1.磁材行业经过“七·五”、“八·五”技术改造, 不少厂家引进了 美、日、德、意等国先进生产线或生产线关键设备, 大都取得了
、
较好的经济效益和社会效益, 但个别单位受骗上当, 交了学费, 尤 其是二手设备的引进, 容易失误。
（1） 铁硅合金： 最常用的软磁材料， 常用作低频变压器、 发电机的铁芯；
铁硅合金
低频变压器
（2）铁镍合金：典型代表材料为坡莫合金，具有高 的磁导率（磁导率μ为铁硅合金的10~20倍）、低的损 耗；并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的矫顽力， 但力学性能不太好，通常应用于电子材料；

坡莫合金
电压互感器
最大磁能积：最大磁能积是退磁曲线上磁感应强度（B）和磁场强度 乘积（H）的最大值。这个值越大，说明单位体积内存储的磁能越大， 材料的性能越好。
四、磁性材料的应用
1.永磁材料
永磁材料经磁化后，去除外磁场仍保留磁性，其 性能特点是具有高的剩磁、高的矫顽力。永磁材料包 括铁氧体和金属永磁材料两类。
铁氧体的用量大、应用广泛、价格低，但磁性能 一般，用于一般要求的永磁体。金属永磁材料中钕铁 硼（Nb-Fe-B）稀土永磁，钕铁硼磁体不仅性能优， 而且不含稀缺元素钴，作为稀土永磁材料发展的最新 结果，由于其优异的磁性能而被称为“磁王”。
磁化电流，以至于零，那么该材料得磁化过程就是一连串逐渐缩小而最 终趋于原点的环状曲线，如图2所示。当H减小到零时，B亦同时降为零， 达到完全退磁。
3.磁材料常用的性能参数
饱和磁感应强度Bm：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材 料内部的磁化矢量整齐排列。 剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值。 矩形比：Br∕Bm。 矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、 应力等）。 磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密 切相关。 居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时， 自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器 件工作的上限温度。 磁滞损耗 ：铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗 ，降低磁 滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc 。

Nd 3 : 4 f 35s2 5 p6 6s0
3 孤立原子的磁矩
1） 电子的磁矩：
电子自旋磁矩
S
e m
S
(S为自旋动量矩）
自旋磁矩在外磁场方向上的投影为：
SH
e m ms
1 ms 2
SH
e 2m
Bohr磁子B
e 2m
0.92731023( A m2 )
电子轨道磁矩
L
e 2m
L
(L为轨道动量矩）
gJ mJ
mJ
gJ B
mJ J ,(J 1),,0,......( J 1), J
当L 0, 当S 0,
J S J L
gJ gS 2 gJ gL 1
J J
e
S
me
L
2m
（自旋贡献） （轨道贡献）
3 Hund规则
a) 在泡利原理许可的条件下，总自旋量子数S取最大值。 b) 在满足(a)条件下，总轨道角动量量子数L取最大值。 c)在未满壳层中，电子数小于壳层总电子数一半时，总角动 量量子数J=|L-S|；电子数大于或等于壳层总电子数一半时， J=L+S
H 2 2 ze2 V
2 4 0r
例：立方晶场中的3d电子波函数
3z2 r 2
Y20
1 4
15
1 r2
(3z 2
r2)
x2 y2
1 2
(Y22
Y22
)
1 4
15
1 r2
(x2
y2)
xy
i
1 2
(Y22
Y22 )
1 2
15 1 xy
r2
yz
i
1 2
(Y21

p
3n0
2 B
2kTF 0
m* m
在有限温度下
p
3n0 B2
2kTF 0
[1 2
12
( T )2 ] m* TF 0 m
2 传导电子抗磁性
自由电子在空间运动，受磁场作用改变运动方向，绕磁
场方向进动，产生与磁场方向相反的磁矩。
在磁场中传导电子的哈密顿量为：
H
解此方程，得能量本征值为
1 2m
(
p
N (E)dE 1
可求得
EF
2
EF 0[1 12
EF
0
[1
2
12
( kT EF 0 T ( TF 0
)2 ] )2 ]
EF 0 k TF 0
Fermi能随温度升高而下降， 但由于TF0 ~ (104 105 )K, Fermi能的实际变化很小
4.2 自由电子的顺磁性和抗磁性
1 自由电子顺磁性（泡利顺磁性）
2
Vm
23
2mE dE N (E)VdE
其中N ( E)
1
2
2
(
2m 2
)3
/
2
E
是能量为E时单位体积的状态密度。与E 的关系 是一个抛物线。
电子 在能带中分布与温度的变化关系遵从Fermi-Dirac统计，即
在温度T，处于能量为E的状态的几率为
1 f (E) e(EEF )/kT 1
T 0K时， E EF 0
金属中的某些电子不再是束缚于个别原子，而是在整个固体中运动， 称为巡游电子。这些电子不再具有明显分立的能级，而是形成能量连 续分布的能带。
一般金属：如碱金属除去价电子（S电子）外，正离子实是由满壳层 组成的，故情况简单。（顺磁性）