第八讲 金属材料和磁性材料

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触类旁通 1．下列关于磁性材料的说法中,正确的是 D A．有磁性的材料叫磁性材料 B．硬度大的磁性材料叫硬磁性材料 C．软的磁性材料叫软磁性材料 D．安培分子电流假说揭示了磁现象的电本质 解析：容易被磁化的材料叫磁性材料,A 错误；不易去磁
的物质叫硬磁性材料，B 错误；容易去磁的物质叫软磁性材料， C 错误．
物质，A 选项正确；有些铁磁性材料被磁化后磁性会消失，B 选项错误；铁磁性材料不一定是永磁体，C 选项错误；半导体 收音机中的磁棒天线是铁磁性材料，D 选项错误．
例 1 多选 下列元件中哪些是由软磁性材料制造的( ) A．半导体收音机内天线的磁棒 B．磁电式电流表中的磁铁 C．变压器的铁芯 D．电子计算机中的记忆元件 解析：软磁性材料适用于需要反复磁化的场合,可以用来 制造半导体收音机的天线磁棒、录音机的磁头、电子计算机中 的记忆元件，以及变压器、交流发电机、电磁铁和各种高频元 件的铁芯等． 答案：AC
解析：安培提出的分子电流假说认为,磁性物质微粒中本 来就存在分子电流，这些分子电流的取向本来是杂乱无章的， 对外不显磁性，当它处在外磁场中时，分子电流的磁极在外磁 场的作用下，沿磁场方向做有序排列，这就是所谓的磁化．只 有选项 C 是正确的．
答案：C
触类旁通 2．关于铁磁性材料,下面说法正确的是 A A．磁化后磁性比其他物质强得多的物质,叫做铁磁性物质 B．铁磁性材料被磁化后,磁性永不消失 C．铁磁性材料一定是永磁体 D．半导体收音机中的磁棒天线不是铁磁性材料 解析：磁化后的磁性比其他物质强得多物质,叫做铁磁性
1．磁性材料会随着科技的发展而发展,还有很多磁性材料 有待我们去发现．
2．地磁场对含有磁性材料的岩石会产生力的作用,因此岩 石的极性和磁化强度会随着年代的变化呈现周期性的变化．

思考探究 物理课代表李明在实验室时,把餐卡放在条形磁铁上,等他中午 去餐厅吃饭时,怎么刷卡也不成功.你知道这是为什么吗? 答案:餐卡是磁卡,磁卡背面黑色部分磁条是用作磁记录,记录卡 内存钱情况,当磁卡靠近磁铁时,磁卡内的磁性材料在磁铁强大的磁 场中破坏了原来的磁记录,所以无法使用.
典题例解 【例 2】
磁性材料
一、磁化与退磁
1.一些物体,与磁铁接触后就会显示出磁性,这种现象叫作磁化. 原来有磁性的物体,失去磁性的现象叫作退磁.
2.铁、钴、镍以及它们的合金,还有一些氧化物,磁化后的磁性比 其他物质强得多,这些物体叫作铁磁性物质,也叫强磁性物质.
3.磁性材料按磁化后去磁的难易可分为硬磁性材料和软磁性材 料.有些铁磁性材料磁化后撤去外磁场,仍具有很强的剩磁,这种材料 叫作硬磁性材料.有的铁磁性材料磁化后撤去外磁场,物体没有明显 的剩磁,这样的材料叫作软磁性材料.
普通录音机是通过一个磁头来录音的.磁头的结构如图.在一个 环形铁芯上绕一组线圈,铁芯有个缝隙,工作时,磁带就贴着缝隙移动. 录音时,磁头线圈跟微音器相连,磁带上涂有一层磁粉,磁粉能被磁化 且有剩磁.微音器的作用是把声音变化转化成电流变化,问普通录音 机的录音原理是怎样的?
答案:声音的变化经微音器转化成电流变化,变化的电流流过线 圈,在铁芯中产生变化的磁场,磁带经过磁头时磁粉被不同程度地磁 化,这样声音的变化就被记录成不同程度的磁信号,这就是录音的原 理.
A.录音机磁头线圈的铁芯为软磁性材料; B.录音、录像磁带上的磁粉为硬磁性材料; C.电脑用的磁盘为硬磁性材料,不删除一般不会自动丢失; D.电铃上的电磁铁铁芯为软磁性材料.
A.铁棒两极有感应电荷 B.铁棒对磁场有传导作用 C.铁棒内磁畴有规律地排列起来 D.铁棒内磁畴的磁化方向杂乱无章 思路点拨:小磁针运动说明其受到了磁场的作用. 解析:把条形磁铁的 N 极靠近铁棒,铁棒中的磁畴在外磁场的作 用下,有规律地排列起来,使铁棒对外表现磁性,左侧为 S 极,右侧为 N 极,从而把小磁针的 S 极吸引过来. 答案:C

二元系：温度、压力、成分的立体图。由于一般情况下，压力常为 恒定，相图简化为温度、成分的直角坐标平面图。
三元系：（压力恒定）是一个立体图，底面呈正三角形（成分三角 形），三条底边上-的含量百分数。垂直于底面的纵轴表示温度。 （加图示）三角形内任何一点代表一定成分的三元合金。

2、相律和杠杆定理
⑴、相律 是指在平衡条件下，合金系统的组元数、相数和自由度数之间的 关系式。可以用下式表示：

3d过渡族元素的磁性来源
Fe、Ni、Co ：
3d电子的交换相互作用，铁磁性 （2.2μB,0.6μB,1.7μB)
Cr、Mn：
3d电子的直接交换相互作用，反铁磁性
Cr、Mn的合金或化合物：
3d电子的超交换相互作用，亚铁磁性或铁磁性
㈡、稀土族元素的结构和磁性 ⑴ 结构 主要指原子序数为57（La）至71（Lu）的15个元素， 加 上性质类似的Y和Sc； 晶体结构大都为密排六方结构。 ⑵ 磁性 Gd从0K到居里温度239K只表现出纯粹的铁磁性，但磁 矩的取向随温度而变。 Gd以前的轻稀土Ce、Nd、Sm具有反铁磁性。 重稀土金属Tb、Dy、Ho、Er、Tm表现为铁磁性或亚 铁 磁性。 Y、Sc、La、Yb、Lu为非磁性稀土元素，但Y、Sc、 Yb 的离子具有磁矩。
如结晶时，p=3，则f=2-3+1=0 （恒温）
（2）、杠杆定理 合金在结晶过程中，各相的成分及其相对 含量将发生变化。对于相图中的两相区， 可以应用所谓杠杆定律求出这两相的成分 及相对含量。 在A-B二元系中，任选一合金p，它的成分 是Xp（组元B的浓度），组元A的浓度为 （1-Xp），在温度T时处于二相平衡，和 两相中组元B的浓度分别为Xa和Xb，而组 元A的浓度为（）和（），设合金的重量 为1，和的相对量分别为C的C。这样P点 处两相中同一组元含量之和必等于合金P 中相应组元的含，可得两个方程式： CαXa+CβXb=Xp Cα(1-Xa)+Cβ(1-Xb)=1-Xp

式中 M是物质的分子量，d为物质样品的密度。
抗磁性物质的分类
（根据抗磁性物质χ值的大小及其与温度的关系可将抗磁性物质分为三种）
类型
弱抗 磁性
反常抗 磁性 超导体 抗磁性
代表物质
摩尔磁化 率χ值
χ与温度 关系
惰性气体、金属铜、 极低，约为- 基本与温度
锌、银、金、汞等和
10-6
无关
大量的有机化合物
金属铋、镓、碲、石 较前者约大 强烈与温度
根据原子磁矩排列方式的不同，可将反铁磁性分为以下 几种类型：
正常反铁磁性
原子磁矩排列为互相平行而 大小和数量相等的两组。MnO、 NiO及FeS等化合物具有这种磁性。
自旋密度波
原子磁矩密度（自旋密度） 本身具有正旋波调制结构。在 Cr及其合金中存在这种结构。
螺旋铁磁性
原子磁矩排列：在晶体的一个平面内，原子磁矩的排列如 铁磁性那样方向一致，而在相邻的另一个平面内，原子磁矩较 前一个平面内的原子磁矩，在平面内一致性地旋转了一定的角 度。余此类推，形成螺旋式的旋转。每个相邻晶面原子磁矩的 旋转角度为20—40度，并通常随温度的升高而减小。
第8 章 固体的磁性和磁性材料
钕磁铁（Neodymium magnet）也称为钕铁硼磁铁
§8.1 固体的磁性质及磁学基本概念
8.1.1 固体的磁性质来源
1. 物质磁性的来源
物理学原理：任何带电体的运动都必然在周围的空间产生 磁场。
电动力学定律：一个环形电流还应该具有一定的磁矩，即
它在磁场中行为像个磁性偶极子。
1. 顺磁材料的磁化率χ值对应于材料中存在未成对电子， 并且这些电子在磁场中呈现某种排列趋势的情况。 在铁 磁材料中，由于晶体结构中毗邻粒子间的协同相互作用， 电子自旋平行排列。大的χ值表示巨大数目自旋子的平行 排列。一般地，除非磁场极强或所采用温度极低，对给定 的材料来说，并非全部自旋子都是平行排列在反铁磁材料 中，电子自旋是反平行排列的，结果对磁化率有抵消作用。 因此，磁化率较低，对应反平行自旋排列的无序相。