第6章 材料的磁性能
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电工学课件第6章磁路与铁心线圈电路
电工学课件第6章磁路与 铁心线圈电路
磁路与铁心线圈电路是电工学的重要内容，深入了解磁场来源、铁磁材料特 性和磁路磁阻，能帮助我们理解电磁铁和铁心线圈电路的工作原理和计算方 法。
磁场的来源与特性
电流
通过电流可以创建磁场，磁场的特性由其方向和强度决定。
永磁体
永久磁体是通过原子磁偶极子排列达到自发磁化的，其磁场具有持久性。
磁路
磁路是指通过磁介质的路径，它 对于指定的磁场强度和磁通量起 着重要的影响。
磁路阻抗
磁路阻抗是描述磁路对磁通量产 生阻碍程度的物理量。
磁通量
磁通量是指通过某个截面的磁场 总量，它和磁场强度、磁路面积 以及磁路阻抗之间存在关系。
电磁铁的工作原理和特点
1 电磁激励
电流通过线圈产生磁场，使铁芯具有磁性。
电动势 法拉第电磁感应定律
洛伦兹力定义
电路方程
电动势和线圈自感、电流变化 率的关系
电动势与线圈长度、磁感应强 度、线圈电流和外加磁场的关 系
磁场与磁感应强度的计算
安培定理
根据安培定理，通过封闭回路 的总磁感应强度等于通过该回 路的总电流。
磁场强度
磁场强度是单位长度内的磁通 量，与电流和回路形状有关。
磁感应强度
磁感应强度是介质内某点的磁 场强度，与磁导率和磁场强度 有关。
铁心线圈电路中的电动势和电路方程
现象 带电线圈的磁场变化
外加磁场中的线圈
电磁感应
电磁感应是指磁场与导体运动或改变状况相互作用产生的电流和电动势。
铁磁材料的特点及磁滞回线
1
磁导率高
铁磁材料具有较高的磁导率能够达到较高的磁化强度，在磁路中发挥重要作用。
3
磁滞回线
铁磁材料的磁滞回线描述了其磁化和去磁过程中的能量损耗和延迟现象。
磁路与铁心线圈电路是电工学的重要内容，深入了解磁场来源、铁磁材料特 性和磁路磁阻，能帮助我们理解电磁铁和铁心线圈电路的工作原理和计算方 法。
磁场的来源与特性
电流
通过电流可以创建磁场，磁场的特性由其方向和强度决定。
永磁体
永久磁体是通过原子磁偶极子排列达到自发磁化的，其磁场具有持久性。
磁路
磁路是指通过磁介质的路径，它 对于指定的磁场强度和磁通量起 着重要的影响。
磁路阻抗
磁路阻抗是描述磁路对磁通量产 生阻碍程度的物理量。
磁通量
磁通量是指通过某个截面的磁场 总量，它和磁场强度、磁路面积 以及磁路阻抗之间存在关系。
电磁铁的工作原理和特点
1 电磁激励
电流通过线圈产生磁场，使铁芯具有磁性。
电动势 法拉第电磁感应定律
洛伦兹力定义
电路方程
电动势和线圈自感、电流变化 率的关系
电动势与线圈长度、磁感应强 度、线圈电流和外加磁场的关 系
磁场与磁感应强度的计算
安培定理
根据安培定理，通过封闭回路 的总磁感应强度等于通过该回 路的总电流。
磁场强度
磁场强度是单位长度内的磁通 量，与电流和回路形状有关。
磁感应强度
磁感应强度是介质内某点的磁 场强度，与磁导率和磁场强度 有关。
铁心线圈电路中的电动势和电路方程
现象 带电线圈的磁场变化
外加磁场中的线圈
电磁感应
电磁感应是指磁场与导体运动或改变状况相互作用产生的电流和电动势。
铁磁材料的特点及磁滞回线
1
磁导率高
铁磁材料具有较高的磁导率能够达到较高的磁化强度，在磁路中发挥重要作用。
3
磁滞回线
铁磁材料的磁滞回线描述了其磁化和去磁过程中的能量损耗和延迟现象。
第六章 第四节 可逆磁畴转动磁化过程
在
S
110
平面内变化，
4
, M s偏离[111]轴角，
H 与[111]夹角为，则：
θ0 φ θ
β
x[100]
[111]
易磁化 方向
Ms y[010]
H
1 sin 0 cos 2 2 sin 0 2 sin 0 sin 2 2 sin 0
3 cos 0
二、畴转过程决定的χi
2 s
2 K1
The end
________
sin2
1
2
d
sin2 sin d 2
4 0
0
3
上式利用了积分
2 sin3xdx
2
cos3xdx
2
公式：
0
0
3
sin3xdx 4
0
3
二、畴转过程决定的χi
代入式(6-52)
i
畴转
0
M
2 s
2K1
sin2
i
畴转
0
M
2 s
3K1
(6-53)
(二) 由应力控制的可逆畴转磁化
当材料中磁晶各向异性较弱（可以忽略），而且磁致伸缩
又是各向同性，只要应力的作用较强时，应力引起的各向异性
（磁弹性能）就成为畴转磁化过程的主要阻力。
F
3 2
s
cos2
3 2
s
3 2
s
sin 2
FH 0M s H sin
二、畴转过程决定的χi
F F FH
3 2
s
3 2
s
sin 2
0M sH
sin
一、畴转磁化过程
FH 0Ms H 0MsH cos
复合材料第六章功能复合材料
材料在复合后所得的复合材料，依据其 产生复合效应的特征，可分为两大类：
一类复合效应为线性效应； 另一类则为非线性效应。 在这两类复合效应中，又可以显示出不 同的特征。
7
下表列出了不同复合效应的类别。
不同复合效应的类别
线性效应 平均效应 平行效应 相补效应 相抵效应
复合效应 非线性效应 相乘效应 诱导效应 共振效应 系统效应
30
2、功能复合材料的设计
复合材料的最大特点在于它的可设计性。
因此，在给定的性能要求、使用环境及 经济条件限制的前提下，从材料的选择途径 和工艺结构途径上进行设计。
31
例如，利用线性效应的混合法则，通过 合理铺设可以设计出某一温度区间膨胀系数 为零或接近于零的构件。
又如XY平面是压电，XZ平面呈电致发光 性，通过铺层设计可以得到YZ平面压致发光 的复合材料。
EcEmVmEfVf
10
平行效应
显示这一效应的复合材料，它的各 组分材料在复合材料中，均保留本身 的作用，既无制约，也无补偿。
11
对于增强体（如纤维）与基体界 面结合很弱的复合材料，所显示的复 合效应，可以看作是平行效应。
12
相补效应
组成复合材料的基体与增强体，在性 能上相互补充，从而提高了综合性能，则 显示出相补效应。
55
音光
电气 信号
磁性 信号
磁头
作为磁 性保留
记录材料
磁记录再生的原理示意图
56
由麦克风及摄像机将声音及光变成电 信号，再由磁头变成磁信号，从而固定在 磁记录介质上。
读出时，与记录过程相反，使声音和 图像再生。
57
理想的磁记录介质要尽可能地高密度， 能长期保存记录，再生时尽可能高输出。
一类复合效应为线性效应； 另一类则为非线性效应。 在这两类复合效应中，又可以显示出不 同的特征。
7
下表列出了不同复合效应的类别。
不同复合效应的类别
线性效应 平均效应 平行效应 相补效应 相抵效应
复合效应 非线性效应 相乘效应 诱导效应 共振效应 系统效应
30
2、功能复合材料的设计
复合材料的最大特点在于它的可设计性。
因此，在给定的性能要求、使用环境及 经济条件限制的前提下，从材料的选择途径 和工艺结构途径上进行设计。
31
例如，利用线性效应的混合法则，通过 合理铺设可以设计出某一温度区间膨胀系数 为零或接近于零的构件。
又如XY平面是压电，XZ平面呈电致发光 性，通过铺层设计可以得到YZ平面压致发光 的复合材料。
EcEmVmEfVf
10
平行效应
显示这一效应的复合材料，它的各 组分材料在复合材料中，均保留本身 的作用，既无制约，也无补偿。
11
对于增强体（如纤维）与基体界 面结合很弱的复合材料，所显示的复 合效应，可以看作是平行效应。
12
相补效应
组成复合材料的基体与增强体，在性 能上相互补充，从而提高了综合性能，则 显示出相补效应。
55
音光
电气 信号
磁性 信号
磁头
作为磁 性保留
记录材料
磁记录再生的原理示意图
56
由麦克风及摄像机将声音及光变成电 信号，再由磁头变成磁信号，从而固定在 磁记录介质上。
读出时，与记录过程相反，使声音和 图像再生。
57
理想的磁记录介质要尽可能地高密度， 能长期保存记录，再生时尽可能高输出。
第六章磁路及铁芯线圈电路-文档资料
0
H 0H
B B0
6-1 磁路和磁路的基本知识
例：环形线圈如图，其中媒质是均匀的，
磁导率为，试计算线圈内部各点的磁感
应强度。
解：半径为x处各点的磁场强度为
NI Hx
lx
故相应点磁感应强度为
I
Bx Hx NI
lx
N匝
x Hx
S
由上例可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流大小、线
磁性物质的磁导率不是常数，随H 而变。
磁化曲线
H
B,
有磁性物质存在时，与 I 不成正比。
B
磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极
为重要，其为非线性曲线，实际中通过
实验得出。
O
B 和 与H的关系
H
6-2 铁磁性物质及其磁化
3. 磁滞性
磁滞性：磁性材料中磁感应强度B的变化总是滞后于
外磁场变化的性质。
磁通由磁通势产生，磁通势的单位是安[培]。
6-1 磁路和磁路的基本知识
五、磁导率
表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。
磁导率 的单位：亨/米（H/m）
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
0 4π107H/m
相对磁导率 r： 任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
r
(4) 根据下式求出磁通势（ NI ）
n
NI Hili i1
6-3 磁路的基本定律
例1:一个具有闭合的均匀的铁心线圈，其匝数为300， 铁心中的磁感应强度为 0.9T，磁路的平均长度为 45cm，试求： (1)铁心材料为铸铁时线圈中的电 流; (2)铁心材料为硅钢片时线圈中的电流。
通所需要的磁通势F=NI ， 确定线圈匝数和励磁电流。
第六章 材料的磁学性能
2012-10-25 10
5、亚铁磁体 • μr>>1,χ>0。 • 它是反铁磁体的一个变种，其内部的原子磁 矩之间存在着反铁磁相互作用，只是两种相 反平行排列的磁矩大小不同，导致了一定的 自发磁化。所以在外加磁场中的表现与铁磁 体相似。 • 亚铁磁体多为金属氧化物。Χ比铁磁体小。 • 例如：铁氧体（磁铁矿，Fe3O4）、V、Cr、 Mn、Fe、Co等与O、S、Te、P、As、Sb 等的化合物，钕铁硼磁体，稀土与金属间的
2012-10-25 24
三、正离子的顺磁性 • 正原子的顺磁性来源于原子的固有磁矩。 • 原子的固有磁矩就是电子轨道磁矩和电子自旋磁矩的 矢量和，又称本征磁矩，Pm。 • 如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个 球形对称的集体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相 抵消，Pm=0，不产生顺磁性。 • 因此，产生顺磁性的条件就是： Pm≠0。在如下情况下， Pm≠0： 1. 具有奇数个电子的原子或点阵缺陷； 2. 内壳层未被填满的原子或离子。如过渡族金属（d壳层 没有填满电子）和稀土金属（f壳层未填满电子）。
2012-10-25 25
• 在B0=0时，由于原子的热运动，各原子的磁矩倾 向于混乱分布，此时原子的动能Ek∝kT。对外表 现出宏观磁特性H’=0。 • 当加上外加磁场时，外磁场要使原子磁矩Pm与 B0的夹角θ 减小。使原子磁矩转向外加磁场方向。 • 当外磁场逐渐增加到使能量U=-PmB0cosθ 的减 少能补偿热运动能量时，原子磁矩就一致排列了。 此时有kT=PmB0。
2
rj
22
2012-10-25
则可得：
2
抗
Ne 0
2
6m
j1
z
rj
5、亚铁磁体 • μr>>1,χ>0。 • 它是反铁磁体的一个变种，其内部的原子磁 矩之间存在着反铁磁相互作用，只是两种相 反平行排列的磁矩大小不同，导致了一定的 自发磁化。所以在外加磁场中的表现与铁磁 体相似。 • 亚铁磁体多为金属氧化物。Χ比铁磁体小。 • 例如：铁氧体（磁铁矿，Fe3O4）、V、Cr、 Mn、Fe、Co等与O、S、Te、P、As、Sb 等的化合物，钕铁硼磁体，稀土与金属间的
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三、正离子的顺磁性 • 正原子的顺磁性来源于原子的固有磁矩。 • 原子的固有磁矩就是电子轨道磁矩和电子自旋磁矩的 矢量和，又称本征磁矩，Pm。 • 如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个 球形对称的集体，则电子轨道磁矩和自旋磁矩各自相 抵消，Pm=0，不产生顺磁性。 • 因此，产生顺磁性的条件就是： Pm≠0。在如下情况下， Pm≠0： 1. 具有奇数个电子的原子或点阵缺陷； 2. 内壳层未被填满的原子或离子。如过渡族金属（d壳层 没有填满电子）和稀土金属（f壳层未填满电子）。
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• 在B0=0时，由于原子的热运动，各原子的磁矩倾 向于混乱分布，此时原子的动能Ek∝kT。对外表 现出宏观磁特性H’=0。 • 当加上外加磁场时，外磁场要使原子磁矩Pm与 B0的夹角θ 减小。使原子磁矩转向外加磁场方向。 • 当外磁场逐渐增加到使能量U=-PmB0cosθ 的减 少能补偿热运动能量时，原子磁矩就一致排列了。 此时有kT=PmB0。
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则可得：
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材料物理习题与考核
练习题第一章材料物理基本知识简介1.一电子通过5 400 V电位差的电场。
-11m)；(1)计算它的德布罗意波波长(1.67×10(2)计算它的波数；?10m)的布拉格衍射角(2°18面(111)(面间距′)。
(3)计算它对Ni晶体102.04?d?226232262310、2s3p2s2p2p3d、3s3p、；(2)1s3s、2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的(1)1s、2610。
请分别写出的所有电子的四个量子数的可能组态。
4d4s 4p3n?3.如电子占据某一能级的几率为1/4，另一能级被占据的几率为3/4。
(1)分别计算两个能级的能量比费密能高出多少kT?(2)应用你计算的结果说明费密分布函数的特点。
图1.37 一束入射的电子波0?283。
计算Cu的(4.Em10?/n?8.5F5.计算Na在0K时自由电子的平均动能。
(Na的相对原子质量33?)。
kg/m?1.01322.99,?10A?r*6.已知晶面间距为d，晶面指数为(h k l)的平行晶面的倒易矢量为，一电子波与该晶面系r hkl?角入射(见图l.37)，试证明产生布拉格反射的临成界波矢量K的轨迹满足方程*?。
2/r?||cos|K|hkl7.试用布拉格反射定律说明晶体电子能谱中禁带产生的原因。
8.试用晶体能带理论说明元素的导体、半导体、绝缘体的导电性质。
9.过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系?10.试比较非晶态固体电子能带结构与晶态固体能带结构的差异并说明差异产生的主要原因。
11.试用玻璃化转变的自由体积理论解释非晶态高聚物熔体冷却时体积变化的现象。
12.高聚物的流动机理是什么？试说明相对分子量对玻璃化温度和流动温度的影响趋势。
13.为什么增塑更有利于玻璃化温度的降低，而共聚对熔点的影响更大？14.高聚物的结晶融化过程与玻璃化转变过程有什么本质的不同？高聚物结构和外界条件对这两个转变过程的影响有那些相同点和不同点？第二章材料的热学性能1. 计算室温（298K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并与杜隆-珀替定律计算的结果比较。
[理学]电磁学第六章
![[理学]电磁学第六章](https://img.taocdn.com/s3/m/37ae1f396bd97f192279e9cf.png)
H2=H3= μ0 M1/ μ0 － M1 = 0
5. 试证明任何长度的沿轴向磁化磁棒的中垂面上侧表面内外两点 1，2（见附图）的磁场强度H相等（这提供了一种测量磁棒内部 磁场强度H的方法）。这两点的磁感应强度相等吗？为什么？ [提示：利用安培环路定理式（6.11）]
解： 在中垂面上的1，2点处的磁
4 3.14
＝410-1＝0.4(安培）
1. 在空气（μ=7000）的交界面上，软铁上的磁感强度B 与交界面法线的夹角为85°，求空气中磁感强度与交 界面法线的夹角。
解：由B线在边界上 的“折射”公式得：
tg 1 tg 2
1
（脚标1.2分别表示空气和软铁）
tg 1
1
1 2 tg 2 7000 * tg 85
3.附图所示是一根沿轴向均匀磁化的细长永磁体，磁化强度为 M，求图中标出各点的B 和 H。
4. .5
1.
2.
M
6. .7
3.
解：对永磁棒的内外有 B=B0+B’, H= B/ μ0 －M 无传导电流时 B0=0 故
棒端的4，5，6，7点有 B’=0.5μ0 M (I’=M 半无限长） 中点1处 B’= μ0 M (无限长） 图示2，3处 B’=0 故 ： B1= μ0 M B2=B3=0 B4=B5=B6=B7=0.5 可由 H=B/ μ0 －M 求得：
中心2处：I’＝I’×h≈0，B‘≈0
故： B2＝ B0，这与介质中的B＝B0＋ B’＝ B0＋0＝ B0一样 故： B2＝ B0
7. 一长螺线管长为l，由表面绝缘的导线密绕而成，共绕有N匝, 导线中通有电流 I 。一同样长的铁磁棒，横截面也和上述螺 线管相同，棒是均匀磁化的，磁场强度为M，且M=NI/l.在 同一坐标纸上分别以该螺线管和铁磁棒的轴线为横坐标x， 以它们轴线上的B, μ0 M 和 μ0 H 为纵坐标，画出包括螺线管 和铁磁棒一段的B-x, μ0 M -x和 μ0 H -x曲线。
5. 试证明任何长度的沿轴向磁化磁棒的中垂面上侧表面内外两点 1，2（见附图）的磁场强度H相等（这提供了一种测量磁棒内部 磁场强度H的方法）。这两点的磁感应强度相等吗？为什么？ [提示：利用安培环路定理式（6.11）]
解： 在中垂面上的1，2点处的磁
4 3.14
＝410-1＝0.4(安培）
1. 在空气（μ=7000）的交界面上，软铁上的磁感强度B 与交界面法线的夹角为85°，求空气中磁感强度与交 界面法线的夹角。
解：由B线在边界上 的“折射”公式得：
tg 1 tg 2
1
（脚标1.2分别表示空气和软铁）
tg 1
1
1 2 tg 2 7000 * tg 85
3.附图所示是一根沿轴向均匀磁化的细长永磁体，磁化强度为 M，求图中标出各点的B 和 H。
4. .5
1.
2.
M
6. .7
3.
解：对永磁棒的内外有 B=B0+B’, H= B/ μ0 －M 无传导电流时 B0=0 故
棒端的4，5，6，7点有 B’=0.5μ0 M (I’=M 半无限长） 中点1处 B’= μ0 M (无限长） 图示2，3处 B’=0 故 ： B1= μ0 M B2=B3=0 B4=B5=B6=B7=0.5 可由 H=B/ μ0 －M 求得：
中心2处：I’＝I’×h≈0，B‘≈0
故： B2＝ B0，这与介质中的B＝B0＋ B’＝ B0＋0＝ B0一样 故： B2＝ B0
7. 一长螺线管长为l，由表面绝缘的导线密绕而成，共绕有N匝, 导线中通有电流 I 。一同样长的铁磁棒，横截面也和上述螺 线管相同，棒是均匀磁化的，磁场强度为M，且M=NI/l.在 同一坐标纸上分别以该螺线管和铁磁棒的轴线为横坐标x， 以它们轴线上的B, μ0 M 和 μ0 H 为纵坐标，画出包括螺线管 和铁磁棒一段的B-x, μ0 M -x和 μ0 H -x曲线。
第6章 材料的热学性质
• 晶格振动是在弹性范围内原子的不断交替聚拢和分离，这 种运动具有波的形式, 称之为晶格波； • 晶格振动的能量是量子化的，与电磁波的光子类似, 点阵波 的能量量子称为声子； • 晶体热振动就是热激发声子； • 根据原子热振动的特点, 从理论上阐明了热容的物理本质, 并建立了热容随温度变化的定量关系, 其发展过程是从经典 热容理论—杜隆-珀替(Dulong-Petit ) 定律经爱因斯坦量子 热容理论到较为完善的德拜量子热容理论, 以及其后对德拜 热容理论的完善发展。
• 对于大多数固体材料：
德拜模型理论与实验比较（圆点为实验值）
16
1.材料热容
德拜量子热容理论结果的讨论：
1. 当温度T >> QD 时，上式近似为CV 3NkB，与经典理论的结 果一致； 2. 在非常低的温度下，只有长波的激发是主要的，对于长波晶 格是可以看作连续介质的。因此德拜理论在温度越低的条件 下，符合越好； 3. 当温度T << QD 时，德拜公式可写为：
变 的石 热英 容向 变 化石 英 转
ab-Βιβλιοθήκη 311.材料热容CuCl2磁性转变对热容的影响 铁加热时热容的影响
二级相变，如磁性转变、部分有序－无序转变、超导转变等， 热容在转变温度附近发生剧烈变化，但为有限值。
32
2.材料热膨胀
2.1热膨胀现象的起源
• 固体材料热膨胀本征上归结于晶体结构中质 点间平均距离随温度升高而增大，其原因是 原子的非简谐振动。 • 相邻质点间的作用力是非线性的。 1. r< r0：合力曲线斜率较大，合力随位移增 大很快； 2. r> r0：斜率较小，合力随位移增大要慢一 些； 温度越高，质点振幅越大，在r0处不对称情况 越显著，平衡位置向右移动越多，引起热膨胀。
• 对于大多数固体材料：
德拜模型理论与实验比较（圆点为实验值）
16
1.材料热容
德拜量子热容理论结果的讨论：
1. 当温度T >> QD 时，上式近似为CV 3NkB，与经典理论的结 果一致； 2. 在非常低的温度下，只有长波的激发是主要的，对于长波晶 格是可以看作连续介质的。因此德拜理论在温度越低的条件 下，符合越好； 3. 当温度T << QD 时，德拜公式可写为：
变 的石 热英 容向 变 化石 英 转
ab-Βιβλιοθήκη 311.材料热容CuCl2磁性转变对热容的影响 铁加热时热容的影响
二级相变，如磁性转变、部分有序－无序转变、超导转变等， 热容在转变温度附近发生剧烈变化，但为有限值。
32
2.材料热膨胀
2.1热膨胀现象的起源
• 固体材料热膨胀本征上归结于晶体结构中质 点间平均距离随温度升高而增大，其原因是 原子的非简谐振动。 • 相邻质点间的作用力是非线性的。 1. r< r0：合力曲线斜率较大，合力随位移增 大很快； 2. r> r0：斜率较小，合力随位移增大要慢一 些； 温度越高，质点振幅越大，在r0处不对称情况 越显著，平衡位置向右移动越多，引起热膨胀。
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4）矩磁材料以尖晶石结构为主，有Co-Fe,
Ni-Fe, Ni-Zn-Co和Co-Zn-Fe等系统。
5）用途：作记忆材料，开关材料等。
9 2 R0 2 M S
2
6.5 磁性材料的其它性质与效应
6.5. 1超顺磁性 1）临界粒度 减小磁性材料的磁粉粒度， 使其小于只包含一个单畴的尺度，该临界 尺寸R0为： 9
作业
1)简述能带理论的基本内容 2)论述电子类载流子导电、离子类载流子和半 导体导电的机理及其导电影响因素 。 3) 试作图说明电滞回线与磁滞回线的特征和差 别，在图上标出相关的特征值符号并列出 其中文名称。 4)论述固体材料的热膨胀机理。 5）从材料结构的角度解释为什么无机材料的延 展性不如金属材料。
第6章 材料的磁性能
磁性研究的意义： 1）与物质的微观结构密切相关，原子及原子 结构，原子间的相互作用---键合情况和晶体结 构，研究磁性是研究物质内部结构的重要方法 2）磁性材料有广泛的应用，特别是在电子技 术，电子工业领域。
T mB
6.1磁学基本量及磁性分类
6.1.1磁学基本量 磁矩 m IS 磁矩在磁感应强度B中所受力矩
和铁基两类；
铷铁硼系金属间化合物。
6.4.5 矩磁材料
1）磁滞回线近似于矩形的材料
2）用B-1/2Hm/Bm作为磁矩材料的参数 3）磁矩材料的主要要求：①高剩磁比Br/Bm, 有时要求高B-1/2Hm/Bm，②矫顽力HC小，③ 开关常数（Ha-H0）ts=SW小，④损耗小，⑤ 对温度、振动和时间稳定度好。
同磁性的离子磁矩平等排列，而不同磁性的离子 磁矩是反向平行排列。两种离子的磁矩相等相互 抵消，自发磁化强度为零，这是反铁磁性；如果 两种离子的磁矩不相等，反向平行的磁矩就不会
恰好抵消，二者之差表现为宏观磁矩，这就是亚
铁磁性。
3）磁畴
外斯假设认为自发磁化是以小区域磁畴存在的,
同一磁畴内各磁矩方向一致。各磁畴方向不同 杂乱排列时，总体不显磁性。 磁畴的方向与晶体取向有关。 大而长的磁畴：主畴，沿晶体易磁化方向。 副畴：较小，与晶体易磁化方向不一致。
6)磁铅石型铁氧体
• 为六方晶体。
6.4.3
软磁材料
1）软磁材料的特点是高的磁导率，低的矫顽 力和低铁芯损耗 2)畴壁含有沉淀相和杂质等不均匀相，它们对 畴壁运动起钉扎作用。结果提高矫顽力，降低 磁导率，提高了铁芯损耗。所以，减小各向异 性→改善初始磁导率→降低铁芯损耗 3)高频应用，涡流损失成为主要因素，铁氧体 电阻率高（是金属的106倍）宜于高频应用。
破坏，矫顽力降为
R0 Size
零,出现超顺磁性。
6.5.2磁致电阻效应
1)概念:磁性材料的电阻率随磁化状态而改变 的现象
磁阻比
(R H R0 ) / R0 R / R0
2)1986年,在一些铁/铬超薄多层膜系统中发 现磁场引起电阻变化大于50%的现象,称为 巨磁电阻效应。
3)当磁场引使电阻率变化达到更高量级时, 称为庞磁电阻效应。
6)列出Griffith关于材料断裂的临界应力公式 并解释强度的尺寸效应（即大尺寸试件强 度偏低）。 7)无机材料及其表面釉层的热膨胀系数要怎 样设计才能改善材料的抗拉强度，说明原 因。 8)简述提高无机材料强度，改善材料韧性的 途径。 9)简述无机材料高温蠕变的几个阶段及其特 征，用位错运动理论解释之。 10）试总结提高无机材料透明性的措施
3）顺磁性
产生顺磁性的条件是原子的固有磁矩不为零。
条件：
①具奇数个电子的原子或点阵缺陷。
②内壳层未被填满的原子或离子，过渡元 素和稀土金属。 单位体积内金属的顺磁化率
M / H C /T
C为常数。大多数物质属于顺磁性物质。
6.2铁磁性和亚铁磁性材料的特征
6.2.1磁化曲线和磁滞回线 磁化曲线：M-H或B-H曲线（磁化曲线）非线 性是铁磁性物质的特征。 磁化至饱和后，磁化强度不再随外磁场的增 加而增加。 起始磁导率
M H
χ…单位体积磁化率.
相对磁导率μr与真空磁导率μ0及绝对磁导率 μ有关:
r
B / B0 / 0
r 1 , (1 ) 0
6.1.2物质的磁性分类
根据物质磁化率的特点，将物质的磁性分
为五类
1）抗磁性
磁化率χ为很小的负数（10-6级）
二价离子占据八面体空隙，三价子占据全部四
面体空隙和剩余的八面体空隙：反尖晶石结
构。
几乎所有的亚铁磁性铁氧体均为反尖晶石型。
5）石榴子石型铁氧体
稀土石榴石属立方晶系，通式： 3c Fe 2a Fe 3d O 12 M
其中M为稀土离子或钇离子，都 是三价。 a…八面体配位，c…十二面体配位， d…四面体配位
例：如含锌的尖晶石，用于高频
软磁材料主要应用：
电感线圈，小型变压器，脉冲变压器，中频
变压器等的磁芯，录音磁头，磁放大器等。
6.4.4 硬磁材料
1）硬磁材料又称永磁材料，指磁化后保持较 强剩磁的材料，要求剩磁和矫顽力大。
2）用最大磁积能(BH)max来反映硬磁材料储
有磁能的能力 3）用途：在磁路系统中作永磁以产生恒定磁 场 如扬声器、助听器录音磁头、电视聚焦器、 磁电式仪表、磁强计、示波器等中用。
4）提高硬磁性能的方法
磁畴转向和畴壁移动是磁化过程机理。晶
粒小至单畴，则阻止畴壁移动而只有磁畴
转动，提高矫顽力；
烧结前磁致晶粒取向使外磁场一致。可提
高剩磁，提高最大磁积能。如铷铁硼类金
属间化合物材料.
5）重要硬磁材料
硬磁铁氧体 最重要的铁氧体钡恒磁：
BaFe12O19，它比金属者电阻大； 铝镍钴合金； 稀土永磁材料，为金属间化合物，分钴基
包括电子轨道磁矩，电子自旋磁矩和原子
核磁矩
如果原子中所有壳层电子全部填满，由于
电子轨道和自旋矩各自相互抵消，此时原
子本征磁矩为零。
2）抗磁性
电子的轨道运动即产生抗磁性，但只有原子 的电子壳层完全充满了电子的物质，抗磁性 才能表现出来。
电子壳层电子填满的物质均属抗磁性物质。 如惰性气体，离子型晶体，共价键的碳硅锗 硫磷等单质，大部分有机物
环境温度高于某一值TC后，铁磁性消失，
较变为顺磁性，此温度叫居里温度 铁芯损耗
1）磁芯在不可逆交流磁化过程中所消耗的
能量，统称为铁芯损耗（铁损），它由磁 滞损耗、涡流损耗和剩余损耗三部分组成
2）磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时 所消耗的功，称为磁滞损耗Q
1）铁磁性产生的原因
铁磁性体自发磁化的根源是原子磁矩。而
且起主要作用的是电子自旋磁矩。 ①原子在电子壳层中存在没有被电子填满 的状态是产生铁磁性的必要条件。 ②原子核间的距离Rab与参加交换的电子距 核的距离（电子壳层半径）r之比大于3时， 成键电子交换积分为正。
2）反铁磁性和亚铁磁性
原子磁矩大小不同的两种离子（或原子）组成，相
6.5.3 磁光效应
材料在外磁场作用下呈现光学各向异
性,使通过材料的光波偏振态发生改变.
1） 折射光偏振面旋转：旋光效应
2）反射光偏振面旋转：磁光克尔效应
dB dH
ua
lim
H 0
磁滞回线
退磁：随H减小，
M(B)减小.
退磁过程中M的变化
落后于H的变化，该 现象称为磁滞现象。 Mr…剩余磁化强度 Br…剩余磁 感应强度
Ms…饱和磁化强度
Bs…饱和磁感应强度 Hc…矫顽力（磁场）
电滞回线与磁滞回线的对比
6.2.1磁致伸缩与磁弹性能
1）铁磁体在磁场中磁化，其形状和尺寸都
会发生变化的现象称为磁致伸缩
l l0 l0
2）物体的磁致伸缩如受到限制，不能伸长，
则在物体内部产生感应力，这样产生的弹 性能，称为磁弹性能。
6.3磁性材料的自发磁化和技术磁化
6.3.1自发磁化理论 自发磁化：铁磁材料的磁性是自发产生的， 所谓磁化过程，只不过是把物质本身的磁 性显示出来，而不是外界向物质提供磁性 的过程。
磁畴壁结构
（在铁中，磁畴壁约300个晶格常数的厚度）
单晶镍片上的铁磁畴图形
（用特殊方法显示出畴界）
6.3.2技术磁化理论
技术磁化过程，是外加磁场对磁畴的作用
过程，即外加磁场将磁畴的磁矩的方向转
到外磁场方向的过程。
两种方式的技术磁化：①磁畴壁的迁移②
磁畴的旋转
磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的结果
Q
HdB
3）涡流损耗：交变磁场 感应电动势导 致涡电流，涡电流的大小和电阻率成
反比. 磁畴壁处还产生内部涡电流导致
感生电动势抵消外磁场，从而引起趋
肤效应。
4）除磁滞损耗、涡流损耗外的其他损 耗归结为剩余损耗。
6.4.2
铁氧体的磁性与结构
1）铁氧体是含铁酸盐的陶瓷磁性材料，一般 为多种金属的氧化物复合而成。 2）铁氧体磁性有自发磁化强度和磁畴，为亚 铁磁性，因其含多种金属的氧化物，其磁性来
4）磁畴壁
方向不一致的相邻磁畴的界限称为磁畴壁， 磁畴壁是一过渡区，有一定厚度。 多晶体各晶粒取向多不同，从而磁畴取向 不同，磁畴壁一般不能穿越晶界。 磁畴壁具有交换能，磁晶各向异性能及磁 弹性能，所以磁畴转向需要消耗能量。