磁性物理学课程2004913

第一章磁性物理学（Lisa Tauxe著，刘青松译）建议补充读物关于基础知识，可以参考Butler (1992)，1－4页；以及大学物理教科书中关于磁学基础的有关章节。

更多信息可参看：Jiles (1992) 和Cullity (1972) 的第一章。

本章中，我们将了解磁学的基本物理基础，我们主要使用基于“米－千克－秒”制的国际单位（SI）系统。

在磁学中，还有另外一些单位系统也是很重要的，其中，最常用的基于cgs系统的电磁单位系统页也将在本章后面介绍。

1.1 什么是磁场？和重力场一样，磁场既看不见也摸不着。

对于地球重力场来说，我们可以通过引力直接感知其存在。

而对于磁场，只有它作用于一些磁性物体时（例如某些被磁化的金属，天然磁石，或者通电的线圈），我们才能确定其存在。

例如，如果我们把一个磁化的针头放在漂于水面的软木塞上，它会缓慢地指向其周围的磁场方向。

再比如，通电的线圈会产生磁场，从而引起其附近的磁针转动。

磁场的概念正是根据这些现象建立起来的。

电流能够产生磁场，因此我们可以借助于电场来定义由其产生的磁场。

图1.1a展示了当导线通以电流i时，其四周铁屑分布的情形。

根据右手法则，右手的大拇指指向电流方向（即正方向，与电子流动方向相反），其它成环状的四指则指示了相应的磁场方向（图1.1b）。

磁场H同时垂直于电流方向和径向单位矢量r（图1.1b），其强度与电流强度i成正比。

如图1.1所示，磁场强度H可以由安培定律给出：因此，磁场强度H的单位为Am-1。

安培定律的最普遍形式服从麦克斯韦电磁方程。

在稳定电场情况下，∇⨯H = J f, 其中J f 是电流密度。

也就是说，磁场的旋度等效于电流场的密度。

1.2 磁矩我们已知电流在其四周产生环绕的磁场。

如果把通电导线圈成一个面积为πr2的圆环（图1.2a），其周围的铁屑则展示了其产生的磁场的形态。

这个磁场等效于一个磁矩为m的磁铁产生的磁场（图1.2b）。

由电流i产生的磁场，其强度和圆环的面积相关（圆环越大，磁矩就越大），即m = iπr2。

《磁性物理学》教学大纲Magnetism in Physics课程代码：M102105总学时：（理论+实验）56+12 学分： 4课程性质：专业方向课课程类别：必修先修课程：普通物理、理论物理、固体物理面向专业：应用物理学开课学科：凝聚态物理学开课二级学院：理学院执笔：崔玉建审校：焦志伟一、课程的地位与任务本课程是应用物理专业的专业方向基础课。

主要介绍磁现象和规律、磁性起源及自发磁化理论、铁磁体内的能量、磁畴和技术磁化、铁磁物质在交变场作用下的磁化特性、各种磁物理效应和磁性材料的应用。

以此作为学习其它专业方向课的基础。

二、课程主要内容与基本要求第一章1、熟练掌握各基本磁学量的物理概念及其相互关系；理解磁化曲线和磁滞回线。

2、掌握磁体中静磁能的概念，理解退磁场的概念，理解简单几何形状磁体退磁因子的计算方法；会进行磁滞回线的退磁修正。

3、了解磁路的简单概念。

实践环节：了解磁场、磁感应强度的测量方法。

第二章1、理解洪特定则，会计算原子或离子的磁矩。

2、了解轨道角动量淬灭的条件。

3、了解晶体的能带理论对金属磁矩的解释。

第三章1、掌握顺磁物质的基本物理特性，理解朗之万的经典和量子理论顺磁性理论；2、掌握铁磁物质的基本物理特性，理解奈尔的铁磁学理论，理解居里温度与分子场系数的关系；理解海森堡铁磁学理论的基本概念；分子场系数、居里温度与交换积分常数的关系；物质出现铁磁与反铁磁的条件。

了解贝斯统计理论和自旋波理论。

3、掌握反铁磁性和亚铁磁性的基本物理特性；理解分子场理论对反铁磁和亚铁磁性的唯象理论处理；理解超交换作用的基本概念。

4、掌握铁氧体的结构、磁矩和磁特性。

实践环节：了解铁氧体的制备方法和磁性的测量方法。

第四章1、掌握常见的磁性材料的磁晶各向异性，掌握单轴晶体和立方晶体的各向异性能的计算；了解磁晶各向异性场的概念；了解产生磁晶各向异性的机理；了解磁性材料的其它几种各向异性；了解磁晶各向异性性能的测量方法。