四川大学教案

（5）反铁磁性：
由于“交换”作用力负值，电子自旋反向平行排列，整个晶体M＝0。
任何温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象。
图4-91
表-4-29
学时2
4-4-2磁畴与磁滞回线
1．磁畴——物质内部存在的自发磁化的小区域。
磁畴结构形成的原因——为保持自发磁化的稳定性，必须使强磁体的能量达最低值，因而分裂成无数微小的磁畴；10-9cm。
原子的顺磁磁矩——正离子固有磁矩Pm在外磁场方向上的投影。
由于热运动的影响，原子磁矩倾向于混乱分布，任何方向上原子磁矩之和为0。
加上外磁场时，原子磁矩转向外磁场方向。
3单位体积内金属顺磁磁化率
居里定律：x＝M／H＝nμ0Pm2／3kT＝C／T
4顺磁性物质中抗磁性被掩盖了。
5顺磁性物质达到磁饱和是很困难的。
C．强磁性来源——很强的内部交换场。
磁畴
D．自发磁化是铁磁性物质的基本特征。
E．居里点温度Tc。
在居里点以上，材料表现为强顺磁性。
居里—外斯定律
（4）亚铁磁体：
类似铁磁体，x值没有铁磁体大。磁铁矿（Fe3O4）。
由于晶体内磁矩的反平行取向而导致的抵消作用不一定使磁性完全消失，保留了剩余磁矩，表现出一定的铁磁性。
各磁畴之间彼此取向不同，首尾相接，形成闭合磁路，对外不显磁性。
磁畴壁；相邻磁畴间的过度层。厚度，一般10-5cm。
2．磁滞回线——铁磁材料的一个基本特征。
3．磁导率
表示磁性材料传导和通过磁力线的能力。
软磁
硬磁
饱和磁化率的计算例题讲授
4-4-3金属材料的磁学性能
1．金属的抗磁性和顺磁性
金属和合金的磁性来源于原子磁性。
2、掌握磁化率与磁性材料的五种类型。
3、掌握磁滞回线的成因（磁畴）、物理意义、软磁与硬磁材料。
4、了解金属和无机非金属材料的磁学性能。
5、了解电磁辐射与电子跃迁，光吸收与光波长的关系
6、掌握材料对光吸收、反射和透射的内在因素和表述方式。
教学内容提要
时间
分配
学时1
4-4材料的磁学性能
4-4-1物质的磁性
介质
B＝0(H+M)=H M=(/0-1)H=(r-1)H
介质中的磁导率
r相对磁导率
D、磁化率χ(magnetic susceptibility)
4.4.1.2磁性的本质
（1）电子的磁矩
电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。
1电子的自旋磁矩比轨道磁矩大得多；
原子核的自旋磁矩仅为电子自旋磁矩的千分之几，可忽略。
（1）抗磁性：
磁化强度M＜0时，固体表现抗磁性；Bi，Cu，Ag，Au。
磁矩应为0；
在外磁场中，感生一个磁矩，与外磁场方向相反，表现为抗磁性。
抗磁性来源——原子轨道中电子轨道的变化。
10分
15分
难点
表4-28
图4-89
图4-90
（2）顺磁性：
主要特征：无论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。
A．无外加磁场时，宏观无磁性；
B．在外加磁场作用下，每个原子磁矩较规则地取向，显示极弱磁性。
顺磁性物质得磁化率：x＝C/T。C：居里常数。
磁化率很小。例：过渡元素、稀土元素、钢系元素。
（3）铁磁性：
强磁性物质，室温下磁化率可达103。Fe，Co，Ni。
A．在较弱的磁场内，也可得到较高的磁化强度；外磁场移去后，仍可保留较强磁性；
B．磁化率为正值。
原子固有磁矩（本征磁矩）——电子轨道磁矩和电子自旋磁矩的矢量和。
原子或正离子具有固有磁矩的情况：
15分
15分
重点和难点
图4-92
图4-93
图4-94
Tab18.5, 18.6
表4-30
表4-31
中文书：
例题4-11
Example18.1
要点
A．具有奇数个电子的原子或点阵缺陷；
B．内壳层未被填满的原子或离子。
纯铁B0=10-6T（0.01 Oe）时，其磁化强度M=104A/m（10Gs）
居里温度——决定材料磁性能温度稳定性的重要物理量。
饱和磁化强度Ms降低到零，铁磁性消失，材料变成顺磁性材料
电子轨道磁矩：
Pl＝（e／2m）L
自旋磁矩：
Psz＝±μB
(1)正离子的抗磁性和顺磁性
1外磁场作用下，电子在轨道回路产生一个附加的感应电流，从而产生和外磁场方向相反的轨道磁矩，表现出抗磁性。
抗磁磁化率。
任何物质在外磁场作用下均应有抗磁性效应，但只有次电子层填满了电子的物质，才能表现出来。
2正离子的顺磁性来源于原子的固有磁矩。
20分
B．磁化强度：
M＝Σm／ΔV
物理意义——单位体积的磁矩。
单位：A·m-1。
M由磁体内磁矩矢量和的方向决定。
C．磁感应强度
真空B0＝0H
B0磁感强度（Wb·m-2）(magnetic flux density)
H磁场强度（A·m-1）(magnetic field strength)
0磁导率, 4×l0-7 (H/m) (亨/米)(permeability)
磁性来源——电子的运动及原子、电子内部的永久磁矩。
4.4.1.1磁学基本量
（1）磁矩——表征磁性物体磁性大小的物理量。只与物体本身有关。
电子绕原子核运动，产生电子轨道磁矩；
电子本身自旋，产生电子自旋磁矩。
（2）磁化强度
A．磁化：
一般磁介质，无外加磁场——内部各磁矩取向不一，宏观无磁性；
在外磁场作用下，各磁矩规则取向，使磁介质宏观呈磁性——磁化。
2孤立原子：
某些原子有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被抵消，原子久具有“永久磁矩”。如：铁原子。
某些原子各层都充满电子，其电子磁矩相互抵消，故不具磁性。如：锌。
（2）“交换”作用
铁磁性——与电Байду номын сангаас结构有关，还决定于晶体结构。
电子的“交换”作用及结果。
4.4.1.3.磁性的分类——根据材料磁化率的分类
(2)自由电子的顺磁性和抗磁性
1自由电子的顺磁性——来源于电子的自旋磁矩。
3μ0NμB2
自由电子的顺磁磁化率x＝————
2EF0
泡利顺磁性
2自由电子在垂直于磁场方向的平面内的运动因受洛伦兹力而做圆周运动，产生的磁矩同外磁场方向相反，具有抗磁性。
3某些元素族的磁性分析
1．金属材料的铁磁性
铁磁性与温度的关系：
四川大学教案
【理、工科】
周次
第13周，第13次课
备注
章节
名称
第四章材料的性能；第四节材料的磁学性能
第五节材料的光学性能
Chapter 18
图4-88
理解磁学基本物理量的含义是本节的一个要点
Tab18.1
授课
方式
理论课（√）；实践课（）；实习（）
教学
时数
3
教学
目的
及
要求
1、掌握磁矩、磁化强度、磁感应强度、磁导率和磁化率的定义，了解电子的磁矩和“交换作用”。