第三章;磁学性能(铁磁性及其物理本质)
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二、材料的磁学性能内容:材料磁性的本质、抗磁性、顺磁性及铁磁性):(一)基本磁学性能材料所在空间的磁场强度是外加磁场强度H和材料磁化强度M之和:H总= H + M = H (1+χ)。
磁化率:χ,表示材料在磁场中磁化的难易程度。
Μ=χΗ。
根据磁化率的符号和大小,可将材料的磁性分为铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性和抗磁性。
磁感应强度Β:通过磁场中某点,垂直于磁场方向单位面积的磁力线数。
Β = μΗ,μ:磁导率。
Β = μ0Η总=μ0 (1+χ) H。
μ0 (1+χ) =μ。
相对磁导率: μr= μ/μ0 = 1 + χ(一)基本磁学性能磁偶极子:强度相等、极性相反且其距离无限接近的一对“磁荷”。
p m = ml 。
磁极化强度:单位体积内磁偶极矩矢量和。
J=∑p m /∆V, J = μ0M对磁偶极子外加一夹角为θ的恒磁场,磁偶极子受到的作用力矩为Τ = pm ×H 。
当θ为0时,力矩为0,磁偶极子处于稳定状态。
在磁场作用下,磁偶极子将转向与磁场平行的方向,该过程中磁场对磁矩所做的功为:E = ∫Td θ= p m H cos θ。
静磁能:原子磁矩与外加磁场的相互作用能。
(二)抗磁性与顺磁性材料分类:抗磁性、顺磁性与铁磁性抗磁性:材料受外磁场H 作用后,感生出和H 相反的磁化强度,使磁场减弱。
磁化率χ<0,抗磁性的磁化率约10-4–10-6,且和温度、磁场无关。
材料的抗磁性来源于将材料放入外磁场中时,外磁场对电子轨道运动产生洛仑兹力,附加磁矩方向与外磁场方向相反。
抗磁矩为外磁场对电子轨道运动的作用结果,任何材料在磁场作用下都产生抗磁性。
抗磁磁化率绝对值很小,只有在材料的原子、离子或分子固有磁矩为0时,才能观察出抗磁性。
Cu, Au, Ag 及大多数有机材料在室温下是抗磁性材料,超导态的超导体也是抗磁性材料。
形成抗磁矩的示意图(二)抗磁性与顺磁性 顺磁性:材料在外磁场中感生出和H 相同方向的磁化强度,使磁场略有增强。
铁磁体的磁学性质及应用铁磁体是一类具有自发磁化的材料,其磁学性质深受广泛关注。
通过深入的研究,我们可以了解铁磁体在凝聚态物理学和材料科学中的重要作用,也可以探索其广泛的应用领域。
铁磁体的磁学性质铁磁体的自发磁化源于材料中原子核的磁性小电流。
这些小电流产生了外部磁场,这又导致了原子核的磁矩在空间中调整,产生了材料的自发磁化。
从磁学角度看,铁磁体的磁化是“线性响应”的,这意味着外部磁场对其磁化的影响是正比于该磁场的。
特别地,在外部磁场逐渐增加的情况下,铁磁体的磁化将逐渐增加,直到该材料达到其饱和磁矩。
当外部磁场恰好反转时,铁磁体会发生磁化反转,这种现象可以被用于强磁场测量、磁存储和其他领域的应用。
铁磁体的应用铁磁体由于其特殊的磁学性质,在许多领域都有广泛的应用。
在下面的几个领域中,我们将更加详细地探讨其应用:1. 磁存储铁磁体的应用和研究最成功的领域是磁存储。
它是通过应用磁领域对磁性读写材料进行编码(保存)二进制信息的一种技术。
磁性读写材料被制成的磁盘在磁场的作用下可以变得磁化。
在不同的方向,该磁盘可以产生不同的磁场强度,这使得其可以编写和保存信息。
磁性读写材料通常是长寿命、可重复使用的。
在计算机领域中,磁存储器已经成为了一项基本技术,非常广泛地应用在各种数据存储、文件传输、备份和还原等方面。
2. 传感器铁磁体也可以用作传感器。
这种材料被制成为电感器(coils),它们被用作磁场传感器、地磁传感器、电机转速传感器等,它们对物体的大小、距离和位置有非常灵敏的响应。
当传感器放置在磁场中时,它们会产生震荡,这些震荡可以被接收器接收并转换为电信号。
由铁磁体制成的传感器在工业自动化、车用传感器、安防检测等领域得到广泛应用。
3. 太空技术铁磁体的磁学性质可以通过直接测量近地空间中的磁场,从而探测地球、太阳和宇宙中的原理。
这些测量对于精细的大气、地球和太阳物理学研究非常重要。
在星际探索中,铁磁体可以用于促进太阳帆等飞行器的精确导航、控制和通信研究。