磁性物理学第一章 物质磁性概述-磁性物理

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。

物理磁学知识总结归纳磁学是研究磁力、磁场以及磁性物质性质的学科，它与我们日常生活息息相关。

本文将对物理磁学的基础知识进行总结归纳，以帮助读者更好地理解磁学的相关概念和原理。

一、磁性物质的分类根据物质对磁场的响应，我们可以将物质分为三类磁性物质：铁磁性、顺磁性和抗磁性。

1. 铁磁性物质铁、镍、钴等金属及其合金都属于铁磁性物质。

在外加磁场的作用下，铁磁性物质会产生明显的磁化，且可以保持一定的磁性，直到外加磁场被去除。

2. 顺磁性物质铁磁性物质之外的大部分物质都属于顺磁性物质，如铜、铝等。

顺磁性物质在外加磁场下会被磁化，但其磁性较弱，而且在去掉外加磁场后几乎没有残余磁性。

3. 抗磁性物质抗磁性物质对外加磁场没有磁化的倾向，如金、银等。

它们不但不会被磁场磁化，而且对磁场产生的磁力也很微弱。

二、磁场的基本概念1. 磁感应强度磁感应强度B是磁场的一种量度，用符号B表示。

在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉(T)。

磁感应强度的大小表示了磁场的强弱，具体计算公式是B = F/(IL) ，其中F为通过一段导线所受的磁力，I是电流的大小，L是导线的长度。

2. 磁通量磁通量Φ是磁场的另一种量度，用符号Φ表示。

在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(Wb)。

磁通量的大小表示了单位面积上穿过的磁力线数量，具体计算公式是Φ = BA ，其中B为磁感应强度，A为面积。

3. 磁力磁力是磁场对磁性物质或电流的作用力，用符号F表示。

它与磁感应强度B、电流I以及作用物体的几何形状有关。

根据安培力的法则，磁力与磁感应强度的乘积与作用物体所受的磁通量有关。

三、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了磁场变化时诱导电动势的产生。

根据法拉第电磁感应定律，如果一个线圈或导体在磁场中发生变化，将会产生感应电动势。

其数学表达式为ε = -ΔΦ/Δt ，其中ε表示感应电动势，Φ表示磁通量，t表示时间。

根据法拉第电磁感应定律，我们可以解释一些实际应用，如发电机的原理。

九年级物理磁学第一节知识点讲解磁学是物理学的一个重要分支，它研究的是磁场的产生和性质。

在九年级物理教学中，磁学是一个关键的知识点，它涉及到磁铁、磁场、磁力等重要概念。

本文将围绕九年级物理磁学第一节的主要内容展开讲解，帮助同学们更好地理解和掌握这一知识。

1. 磁性物质和磁铁在磁学中，我们经常提到磁性物质和磁铁。

磁性物质是可以被磁化的物质，如铁、镍、钴等。

它们在外磁场的作用下会呈现出一定的磁性。

而磁铁则是指有明显磁性的物体，在磁学中分为强磁铁和弱磁铁。

强磁铁就是能够保持长时间磁性的磁铁，而弱磁铁则容易失去磁性。

2. 磁力和磁场磁力是磁物体之间相互作用的力，它可以是吸力，也可以是斥力。

磁力的方向由南极指向北极，遵循右手规则。

而磁场则是磁物体周围空间中的一种物理场，它是由磁铁或电流所产生的。

磁场的大小和方向可以用磁力线表示，磁力线的方向是磁力的方向。

磁场强度是磁场的物理量，用B表示，单位是特斯拉(T)。

我们可以用磁力计来测量磁场。

3. 磁场对电流的影响根据安培定则，磁场对电流有影响。

当电流通过导线时，会产生一个圆形磁场，其方向由右手螺旋法则确定。

同样，电流也会受到磁场的力作用，在磁场中的导线会受到一个垂直于导线和磁场的力，称为洛伦兹力。

洛伦兹力的大小和方向由洛伦兹定则给出。

4. 磁场对运动带电粒子的影响在磁场中，运动带电粒子也会受到力的作用。

这个力被称为洛伦兹力，它的大小和方向由洛伦兹定则给出。

根据洛伦兹定则，当带电粒子与磁场垂直时，洛伦兹力只改变带电粒子的方向而不改变速度大小；当带电粒子与磁场平行时，洛伦兹力将导致带电粒子做圆周运动。

5. 电动机和电磁铁电动机和电磁铁是应用磁学的重要设备。

电动机通过利用电流在磁场中受力而实现电能转换成机械能。

它由定子和转子组成，通电时，定子和转子上的电流会在磁场中相互作用，产生力矩使转子转动，从而实现电能转换。

而电磁铁则是利用通电线圈产生的磁场，实现磁性物体的吸附或释放。

磁性物理学课后习题（宛德褔马兴隆）第一章物质磁性概述1.1 在一小磁铁的垂直方向R处，测得它的磁场强度为H，试求这磁铁的次偶极矩j m和磁矩μm。

1.2 垂直板面方向磁化的大薄片磁性材料在去掉磁化场后，它的磁极化强度是1[Wb·m-2]，试计算板中心的退磁场H d等于多少？1.3 退磁因子N d与哪些因素有关? 试证处于均匀磁化的铁磁球形体的退磁因子N d=1/3。

设该球形铁磁体的磁化强度M在球表面面积元ds上可产生磁极dm，在球心有一单位磁极m1，它与dm的作用服从磁的库伦定律。

1.4设铁磁体为开有小缺口l1的圆环，其圆环轴线周长为l2，当沿圆环周均匀磁化时，该铁磁体磁化强度为M，试证在缺口处产生的退磁场H d为：H d=-l1l1+l2M第二章磁性起源2.1 试计算自由原子Fe、Co、Ni、Gd、Dy等的基态具有的原子磁矩μJ各为多少？2.2 为什么铁族元素有的有效玻尔磁子数n f的实验值与理论公式n f = g J[J(J+1)]1/2不符合而与公式n f = 2[S(S+1)]1/2较为一致？2.3 何谓轨道角动量冻结现象？2.4 证明g J = 1 + J(J+1)+S(S+1)-L(L+1)2J(J+1)第三章自发磁化理论3.1推导居里-外斯定律x=CT−T P，说明磁化率与温度的关系。

3.2铁（金属）原子的玻尔磁子数为 2.22，铁原子量为55.9，密度为7.86×103 [kg·m-3]，求出在0(K)下的饱和磁化强度。

3.3铁氧体的N型M s(T)曲线有什么特点？试比较抵消点温度T d和居里温度T c 的异同。

3.4 计算下列铁氧体的分子磁矩：Fe3O4, CuFe2O4, ZnFe2O4，CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe12O19和GdFe5O123.5 自发磁化的物理本质是什么? 材料具有铁磁性的充要条件是什么?3.6超交换作用有哪些类型？为什么A-B类型作用最强？3.7 论述各类磁性χ-T的相互关系3.8设图示中的次晶格A-B间的交换作用小于B1-B2次晶格内的交换作用。

磁性物理复习资料引言磁性物理是研究物质中的磁性行为和相应物理机制的学科。

它涵盖了磁性材料的性质、磁性现象的产生原因以及磁场的作用等方面内容。

在这份磁性物理复习资料中，我们将回顾一些重要的概念、理论和应用，帮助您全面了解和掌握磁性物理的基础知识。

一、基本概念1.1 磁性的定义磁性是指物质在外加磁场作用下产生磁化现象的性质。

根据物质在磁场中的行为，可以将物质分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三类。

1.2 磁化强度和磁化率磁化强度是衡量物质磁化程度的物理量，表示为M。

磁化率是描述物质对外加磁场响应的能力，表示为χ。

1.3 磁性材料分类磁性材料可分为软磁性材料和硬磁性材料两类。

软磁性材料具有较强的磁导率和低的矫顽力，主要应用于电磁器件中。

硬磁性材料具有较高的矫顽力，可用于制作磁体和磁记录材料等。

二、磁化过程和磁场效应2.1 磁化过程磁化过程是指物质在外加磁场作用下由无序磁矩转变为有序磁矩的过程。

根据磁化过程的不同，可将磁性材料分为顺磁性材料和铁磁性材料。

2.2 磁场效应在磁场中，物质的磁化会受到磁化强度、磁化率和外加磁场强度等因素的影响。

磁场效应包括磁场强度对磁化强度的影响、磁场强度对磁化率的影响以及磁场与物质相互作用的效应。

三、磁性现象和物理机制3.1 磁化导致的现象磁化材料在磁场中会产生一系列磁性现象，例如磁滞现象、磁化曲线和磁滞损耗等。

了解这些现象有助于我们理解磁性材料的性质和应用。

3.2 磁性物理机制磁性物理机制主要包括电子自旋磁矩、电子轨道磁矩和核子磁矩等。

这些磁矩在磁场中会受到外加磁场力的作用，从而导致物质的磁性行为。

四、磁性材料的应用4.1 磁性材料在电子器件中的应用磁性材料在电子器件中具有广泛的应用，例如磁头、变压器、电感器等。

这些器件的工作原理和性能与材料的磁性密切相关。

4.2 磁性材料在电力工程中的应用磁性材料在电力工程中也扮演着重要角色，例如电机、发电机和传感器等。

磁性材料的选择和设计对电力工程的性能和效率有着重要影响。

高中物理磁学知识点总结磁学是物理学中的一个重要分支，研究物体间的磁性相互作用和磁学现象。

在高中物理学习中，磁学是一个重要且难以理解的内容。

本文将对高中物理磁学的知识点进行总结，以帮助学生更好地理解和掌握这一部分知识。

1. 磁性物质磁性物质是指能够在外磁场的作用下表现出磁性的物质。

常见的磁性物质有铁、钴、镍等。

磁性物质可以被分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三种类型。

2. 磁场和磁力线磁场是指磁铁或电流所产生的一种特殊物理场。

磁力线是磁场的可视化表示，它们形状上类似于一束束的曲线，表示磁场的方向和强度。

3. 磁场的表示方法磁场可以通过矢量图来表示，矢量的方向表示磁场的方向，矢量的长度表示磁场的强度。

磁感应强度B是矢量B的大小，它的单位是特斯拉(T)。

4. 安培环路定理安培环路定理又被称为安培定律，它描述了在闭合回路中，磁场B对回路上的线积分的结果等于回路内部的总电流I乘以真空中的磁导率μ0。

5. 洛伦兹力洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力。

当一个带电粒子以速度v进入磁场时，它会受到一个与速度垂直的力，该力的大小为F=qvBsinθ，其中q是带电粒子的电荷，B是磁感应强度，θ是速度与磁场方向之间的夹角。

6. 力矩力矩是指在物体上旋转力的作用下，产生转动效果的物理量。

在磁学中，力矩可用于描述磁场对磁矩的作用，磁矩受力矩的大小为τ=μBsinθ，其中μ是磁矩的大小，B是磁感应强度，θ是磁矩与磁场之间的夹角。

7. 磁感应强度的计算磁感应强度B由公式B=μ0H计算得出，其中H是磁场强度，μ0是真空中的磁导率，它的值为4π×10^-7 T·m/A。

8. 电磁感应电磁感应是指通过磁场的变化引起电场的现象。

法拉第电磁感应定律是描述电磁感应现象的基本定律，它指出当磁通量的变化率与线圈的匝数相乘时，感应电动势会在线圈中产生。

9. 楞次定律楞次定律是描述电磁感应的方向规律，它表明当感应电动势产生时，根据能量守恒的原理，电流的方向会使磁场的变化阻碍这种变化产生的原因。