顺磁性和反磁性
磁性材料有哪些分类
磁性材料有哪些分类磁性材料具有磁有序的强磁性物质,广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。
磁性是物质的一种基本属性。
物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。
磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、银基合金和稀土合金等,后者主要是铁氧体材料。
按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。
功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
永磁材料,经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。
对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力BHC(即抗退磁能力)强，磁能积(BH)即给空间提供的磁场能量)大。
相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。
永磁材料有合金、铁氧析口金属间化合物三类。
①合金类：包括铸造、烧结和可加工合金。
铸造合金的主要品种有:A1Ni(Co)、FeCr(Co)x FeCrMo x FeAIC x FeCo(V)(W);烧结合金有：Re-Co(Re代表稀土元素)、Re-Fe以及AINi(Co),FeCrCo等；可加工合金有：FeCrCo s PtCo s MnAIC.CuNiFe和AIMnAg等，后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。
②铁氧体类：主要成分为MO6Fe2O3,M代表Ba、SnPb或SrCa、1aCa等复合组分。
③金属间化合物类：主要以MnBi为代表。
永磁材料有多种用途。
①基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。
②基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。
③基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。
磁性材料的磁场行为分析
磁性材料的磁场行为分析磁性材料是一类具有特殊磁性行为的物质，其在磁场中表现出吸引或排斥其他物质的特性。
磁性材料的磁场行为是由其微观结构和原子磁矩的相互作用所决定的。
本文将对磁性材料的磁场行为进行分析，从磁化行为、磁滞回线和磁导率等方面进行探讨。
1. 磁化行为磁化是磁性材料在外界磁场作用下产生的磁性行为。
磁化过程可以分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三种类型。
顺磁性材料在外磁场的作用下，其原子磁矩与外磁场方向相同，导致磁化强度增加。
常见的顺磁性材料有铁、镍等。
抗磁性材料在外磁场的作用下，其原子磁矩与外磁场方向相反，导致磁化强度减小。
常见的抗磁性材料有铜、银等。
铁磁性材料在外磁场的作用下，其原子磁矩与外磁场方向相互平行或反平行，导致磁化强度增加。
常见的铁磁性材料有铁、钴等。
2. 磁滞回线磁滞回线是磁性材料在外磁场作用下，其磁化强度随外磁场的变化而发生的非线性变化。
磁滞回线的形状和特征可以反映出磁性材料的磁化特性。
磁滞回线的形状分为正磁滞回线和负磁滞回线。
正磁滞回线是指材料在外磁场逐渐增大时，磁化强度逐渐增加，但在一定磁场强度后，磁化强度不再增加，形成饱和磁化强度。
负磁滞回线则是指材料在外磁场逐渐减小时，磁化强度逐渐减小，但在一定磁场强度后，磁化强度不再减小，形成剩余磁化强度。
磁滞回线的特征可以反映出材料的磁化能力、磁饱和度和磁滞损耗等重要参数，对于磁性材料的应用和性能评估具有重要意义。
3. 磁导率磁导率是磁性材料对磁场的响应能力的度量，它描述了磁场在材料中传播的能力。
磁导率可以分为绝对磁导率和相对磁导率两种。
绝对磁导率是指材料在无限大磁场下的磁导率，它与材料的磁化特性和微观结构有关。
相对磁导率是指材料在实际应用中的磁导率，它与材料的磁化特性、外界磁场的频率和强度等因素有关。
磁导率可以用来描述材料对磁场的吸收和传递能力，对于磁性材料的应用和设计具有重要意义。
总结磁性材料的磁场行为是由其微观结构和原子磁矩的相互作用所决定的。
物质顺磁性和抗磁性的产生原因
物质顺磁性和抗磁性的产生原因顺磁性和抗磁性的原因磁性是物质的一种基本属性。
物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质～抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质 ( 参考文献1 )。
从上面的介绍看出，任何物质都会显示磁性，并且物质从顺磁性到反磁性、磁性从强到弱是逐渐变化的，没有一个明显的界限。
物质的磁性到底是怎么产生的，本文就此观点提出我自己的看法。
一、现在的理论给人们带来的疑惑1、顺磁性:现在人们认为，电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。
在晶体中～电子的轨道磁矩受晶格的作用～其方向是变化的～不能形成一个联合磁矩～对外没有磁性作用。
因此～物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起～而是主要由自旋磁矩引起。
每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。
是原子磁矩的单位。
因为原子核比电子重2000倍左右～其运动速度仅为电子速度的几千分之一～故原子核的磁矩仅为电子的千分之几～可以忽略不计。
( 参考文献2 ) 我认为上面这段论述是不合理的，我们都知道，原子是由原子核和核外电子组成，原子核又是由质子和中子组成，原子核的体积约为原子体积的几千万亿分之一,(半径约为原子的十万分之一 ).打个比方,原子相当于足球场那么大,而原子核则只有一只蚂蚁那么大。
,参考文献 3,。
电子的质量约为质子质量的1/1836 ( 参考文献4 )。
中子能够通过β衰变过程变成质子、电子和反中微子～ (参考文献5 )。
从这些论述可想而知，电子的体积会有多大，电子的体积不会超过质子和中子体积的千分子一。
即从电子的角度来看原子，原子就象是一个非常巨大的宇宙一样。
由于电子的体积很小很小，即使电子自旋产生的磁场较强，它影响的范围必然很小很小，不可能影响到原子以外，因此电子自旋产生的磁场在宏观上是显示不出来的，如果能显示出来，电子产生的磁场就强大的无法想象了。
上面还提到原子核的磁矩很小，可以忽略，这个观点我觉得也是错误的，人们现在只是从质量上去考虑对磁矩的影响，而把其它因素忽略了，比方说原子核的体积。
磁性物理学第一章物质磁性概述-磁性物理
如氧、铝、铂等金属，以及某些非金属如氮、氧等。
顺磁性特点
顺磁性物质的磁化率比抗磁性物质大，但仍然是微弱的。它们同样 不会自发磁化，且在外磁场撤去后无剩磁。
铁磁性物质
01
铁磁性定义
铁磁性是指物质在外磁场作用下，能产生很强磁化现象，且可以自发磁
化形成磁畴。
02
铁磁性物质举例
如铁、钴、镍及其合金等。
物质磁性影响因素分
04
析
温度对物质磁性影响
居里温度
物质磁性随温度变化的重要参数，当温度高于居里温度时，铁磁性物质转变为顺 磁性。
磁化率与温度关系
对于顺磁性物质，磁化率随温度升高而降低；对于铁磁性物质，在居里温度以下 磁化率随温度升高而降低，在居里温度以上转变为顺磁性。
压力对物质磁性影响
压力效应
磁性分类
根据物质在磁场中的表现，可分为铁 磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性 和抗磁性等。
物质磁性来源
电子自旋磁矩
电子自旋产生的磁矩是物质磁性的主要来源。
电子轨道磁矩
电子绕原子核运动时产生的磁矩，对物质磁性有 贡献但通常较小。
原子核自旋磁矩
原子核自旋产生的磁矩，对物质磁性的贡献极小， 通常可忽略不计。
尔元件等，实现非接触式测量和自动控制。
磁记录材料应用领域
硬盘驱动器
磁记录材料用于制造硬盘驱动器的存储介质，实现数据的长期可 靠存储。
磁带
利用磁记录材料的磁化特性，制造磁带等线性存储设备，用于数 据的备份和归档。
磁卡
磁记录材料用于制造各种磁卡，如信用卡、门禁卡等，实现身份 识别和交易安全。
总结与展望
物质在压力作用下，原子间距减小，电子云重叠增加，导致 交换作用增强，从而影响物质的磁性。
原子`离子的磁矩(顺`抗磁)
率温度关系服从居里-外斯定律。
C
4. 在居里温度附近出现比热等性质的反常。
T Tp
5. 磁化强度M和磁场H之间不是单值函数，存在磁滞效应。
构成这类物质的原子也有一定的磁矩，但宏观表现却完 全不同于顺磁性，解释铁磁性的成因已成为对人类智力的最 大挑战，虽然经过近100年的努力已经有了比较成功的理论， 但仍有很多问题有待后人去解决。
在测量材料磁化曲线前可以通过交流退磁；形变退磁； 热退磁等方法，使材料达到退磁状态。
2.磁化曲线 反映材料特性的基本曲线，从中可以得到标
志材料的参量：饱和磁化强度Ms、起始磁化率a 和最大磁化率m
Ms
Ms可以理解为 该温度下的自
发磁化强度M0
顺磁性物质磁化曲线 抗磁性物质磁化曲线
铁磁体的磁化过程
就是亚铁磁性物质上世纪3040年代开始在此基础上人工合成了一些具有亚铁磁性的氧化物但其宏观磁性质和铁磁物质相似很长时间以来人们并未意识到它的特殊性1948neel在反铁磁理论的基础上创建了亚铁磁性理论后人们才认识到这类物质的特殊性在磁结构的本质上它和反铁磁物质相似但宏观表现上却更接近于铁磁物质
1.3 宏观物质的磁性
O2,有机物中的双自由基等
3. 铁磁性（Ferromagnetism)
这是人类最早发现并利用的强磁性，它的主要特征是：
1. >>0，磁化率数值很大， 100 105
2. 磁化率数值是温度和磁场的函数；
3. 存在磁性转变的特征温度——居里温度TC，温度低于居里 温度时呈铁磁性，高于居里温度时表现为顺磁性，其磁化
1.77 39.95 0.85
-28.0
3.09 83.80 1.03
-43
3.78 131.3 1.24
磁学学习题集
1. 顺磁性、抗磁性、铁磁性、反磁性的物理特征及代表性材料一、两种，它们的磁化率的温度关系。
金属导电电子的顺磁性（泡利顺磁性）磁化率FB E n 232μχ=的推导、各种抗磁性的来源。
顺磁性：一种弱磁性，呈现正的磁化率，数量级为10-5-10-2，磁性离子之间不存在明显的相互作用。
代表材料：FeCl2,CoCl2。
磁化率与温度的关系：居里定律和居里-外斯定律。
抗磁性：一种弱磁性，呈现负的磁化率，数量级为10-5，磁性离子之间不存在明显的相互作用，主要分为正常抗磁性和反常抗磁性（Bi ）。
代表材料：Ag,Ag,Cu 。
磁化率与温度的关系：正常抗磁性磁化率基本不随温度和磁场变化；反常抗磁性与温度和磁场有明显的依赖关系，在极低温下出现德哈斯-范阿尔芬效应。
正常抗磁性：电磁感应；反常抗磁性：导电电子受周期性晶格场的作用而引起的。
铁磁性：一种强磁性，在居里温度以下，存在自发磁化现象和分畴现象，近邻磁矩排列平行。
代表材料：Fe ，Co ，Ni,Fe3O4,Fe2O3。
磁化率与温度的关系：在居里温度以上，满足居里-外斯定律。
反铁磁性：一种强磁性，在居里温度以下，存在自发磁化现象和分畴现象，近邻磁矩排列反平行。
代表材料：MnO ，FeO 。
磁化率与温度的关系：在居里温度以上，满足居里-外斯定律。
金属导电电子的顺磁性推导：《铁磁学上》P57 2. 孤立原子的磁矩的组成。
用洪德法则分析单个离子（d 电子和f 电子）的磁矩。
原子组成晶体时轨道角动量冻结现象的理解、轨道角动量冻结的本质及其对磁矩的影响。
组成：轨道磁矩与自旋磁矩的耦合。
上P24分析例子：上P25。
轨道冻结：上P73。
3. 铁磁性的基本特征。
从唯象理论和交换作用理论的角度理解铁磁性物质的自发磁化和居里温度（包括反铁磁和亚铁磁情况）。
居里—外斯定律的推导、分子场的本质。
自旋波的理解与低温下铁磁体的磁化强度与温度的关系。
铁磁性基本特征：一种强磁性，在居里温度以下，存在自发磁化现象和分畴现象，近邻磁矩排列平行。
铁磁、反铁磁、顺磁、抗磁
铁磁、反铁磁、顺磁、抗磁铁磁性铁磁性Ferromagnetism过渡族金属（如铁）及它们的合金和化合物所具有的磁性叫做铁磁性，这个名称的由来是因为铁是具有铁磁性物质中最常见也是最典型的。
钐(Samarium)，钕(neodymium)与钴的合金常被用来制造强磁铁。
铁磁性材料存在长程序，即磁畴内每个原子的未配对电子自旋倾向于平行排列。
因此，在磁畴内磁性是非常强的，但材料整体可能并不体现出强磁性，因为不同磁畴的磁性取向可能是随机排列的。
如果我们外加一个微小磁场，比如螺线管的磁场会使本来随机排列的磁畴取向一致，这时我们说材料被磁化[1]。
材料被磁化后，将得到很强的磁场，这就是电磁铁的物理原理。
当外加磁场去掉后，材料仍会剩余一些磁场，或者说材料"记忆"了它们被磁化的历史。
这种现象叫作剩磁，所谓永磁体就是被磁化后，剩磁很大。
当温度很高时，由于无规则热运动的增强，磁性会消失，这个临界温度叫居里温度(C urie temperature)。
如果我们考察铁磁材料在外加磁场下的机械响应，会发现在外加磁场方向，材料的长度会发生微小的改变，这种性质叫作磁致伸缩(magnetostriction)。
产生铁磁性条件：铁磁质的自发磁化：铁磁现象虽然发现很早，然而这些现象的本质原因和规律，还是在本世纪初才开始认识的。
1907年法国科学家外斯系统地提出了铁磁性假说，其主要内容有：铁磁物质内部存在很强的“分子场”，在“分子场”的作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发磁化至饱和，称为自发磁化；铁磁体自发磁化分成若干个小区域(这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴)，由于各个区域(磁畴)的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，所以大块铁磁体对外不显示磁性。
外斯的假说取得了很大成功，实验证明了它的正确性，并在此基础上发展了现代的铁磁性理论。
在分子场假说的基础上，发展了自发磁化（spontaneous magnetization）理论，解释了铁磁性的本质；在磁畴假说的基础上发展了技术磁化理论，解释了铁磁体在磁场中的行为。
无机材料化学(第11讲物质的磁性分类)
（1）磁滞回线
磁化过程中磁化强度与磁场强度的关系曲线。 （磁化曲线）
OAB 起始磁化曲线 Ms 饱和磁化强度 Mr 剩余磁化强度
或称剩磁 Hc 矫顽磁场或矫顽力 BD 去磁－退磁曲线
磁滞回线
H为铁磁质中的合磁化强度
磁滞回线还可以表示成Biblioteka ～H的关系曲线，其形状和M～H类似。
因为铁磁质中，M的数值比H 大得多（102～106倍），
反铁磁质的磁化率x>0，一般为10-3~10-6，μr>1。 在磁场中表现为弱磁性。 具有反铁磁性的物质（反铁磁体）有： （1）氧化物：MnO、FeO、α-Fe2O3、Cr2O3、NiO等； （2）部分金属：Mn、Cr、Pt、Pd等； （3）其它化合物：FeS2、MnS、NiF2、FeF2等及部分
铁氧体, 如 ZnFe2O4(反尖晶石)等。
3.3.3 物质的磁性分类
根据磁化率 x 值 或 相对磁导率μr (μr = 1+x ) 的 大小及变化规律，物质的磁性可分为以下五类：
逆磁性（或抗磁性） 顺磁性 铁磁性 反铁磁性 亚铁磁性
1. 逆磁性（或抗磁性）
具有逆磁性的物质在磁场中的磁化很弱， x<0，约为 -10-6 ~ -10-4，μr 是略小于1的数。
磁化强度 M 与磁场强度 H 方向相反，( M = x H )
且一般情况下x不随温度变化。
逆磁性物质主要有如下几类：
（1）惰性气体； （2）不含过渡元素的离子晶体，如 NaCl、KCl 等； （3）不含过渡元素的共价化合物（如CO2）和所有有机化合物； （4）某些金属和非金属，如 Bi、Zn、Cu、 Hg、Pb 、Si、P等。
(4) 铁磁居里温度
升高温度时，热运动可以瓦解磁畴内磁矩有规则的 排列，使磁畴全部破坏的最低温度即为 居里点 TC (居里温度），这时铁磁体转变为顺磁性物质，居里 点体现分子热运动对磁畴形成的干扰。
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反磁性物質
當以磁鐵靠近某 物質時： 若物質產生和磁鐵 的磁場相反方向的 磁性，則稱該物質 具有反磁性。
反磁性產生示意圖:
S N
A
S N
N A S
11
反磁性物質
通常每個物質都同時存在有順磁性跟反 磁性，但反磁性實在是非常不明顯，如果 東西又有強烈的順磁性，那幾乎是看不到 反磁性的，所以反磁性物質通常都是大家 認為，對磁力沒有反應的物質，像是水、 DNA、石油、塑膠、水銀等。 另外，許多超導體在低於臨界溫度之時， 也會具有反磁性，其內部沒有磁力線通過， 將外加磁場隔絕在外。
電子繞行原子核 所產生的磁矩會 相互抵消 每個原子的淨磁 矩並不為零，但 由於原子與原子 之間的磁矩方向 不一而互相抵消
不受溫度影響
順磁性物質
淨磁矩會受熱擾 動影響，而使得 原子磁矩的排列 受到破壞
8
順磁性物質
當以磁鐵靠近某 物質時： 若物質產生和磁鐵 的磁場相同方向的 磁性，則稱該物質 具有順磁性 。 順磁性產生示意圖:
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順磁性的應用(1)
順磁性雖是一種弱磁性，但也有其重要 的應用，例如，從順磁物質的順磁性和順 磁共振可以研究其結構，特別是電子組態 結構；利用順磁物質的絕熱退磁效應可以 獲得約1-10-3K的超低溫度，這是一種產生 超低溫度的重要方法。
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順磁性的應用(2)
在順磁性和順磁共振基礎上發展起來的 順磁微波量子放大器，促進了激光器的研 究和發明。 在生命科學方面，如血紅蛋白和肌紅蛋 白在未同氧結合時為順磁性，但在同氧結 合后便轉變為抗磁性，這兩種弱磁性的相 互轉變就反映了生物體內的氧化和還原過 程，因而其磁性研究成為這種重要生命現 象的一種研究方法。
Hale Waihona Puke S NBS N
S B N
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順磁性物質
常見的順磁物質有氧氣、金屬鉑(白金)、 一氧化氮、含摻雜原子的半導體｛如摻磷(P) 或砷(As)的矽(Si)｝、由幅照產生位錯和缺陷 的物質等。 還有含導電電子的金屬如鋰(Li)、鈉(Na) 等，這些順磁(性)金屬的順磁磁化率卻與溫 度無關，這種金屬的特殊順磁性是可以用 量子力學解釋的。
順磁性和反磁性
班級：光電三乙 組員：499L0032施品丞、499L0018段孟佑 499L0072吳俊毅、499L0107余家興 老師：陳美利 老師
4
目錄
一、磁性的起源‧‧‧‧‧‧‧P2 二、磁化率‧‧‧‧‧‧‧‧‧P3 三、何謂順磁性、反磁性‧‧‧P4~P7 四、反磁性與順磁性的差異‧‧P8 五、順磁性、反磁性物質‧‧‧P9~P12 六、順磁性和反磁性的應用‧‧P13~15 七、參考資料‧‧‧‧‧‧‧‧P16
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反磁性的應用
磁浮列車:大家都知道磁浮列車是利用磁力 漂浮在地面上，不與地面接觸，因此沒有 摩擦力的影響，若使用具逆磁性的超導體 的話，將可以比浮得普通的電磁鐵更高， 速度可以更快，且更為安全。 遮罩:有許多精密的儀器，容易被外在的磁 場干擾，如果用超導體包覆儀器的話，超 導體的逆磁性將隔絕外界的磁場，使測量 更精準，也保護儀器。
反磁性的特性
當外加一磁場於此物質時，軌道上的電 子會失去平衡，使電子的軌道角動量改變， 而產生一淨磁矩，由冷次（Lentz）定律得 知，此淨磁矩的方向應與外加磁場的方向 相反。 外 加 磁 場 方 向 7
反磁性與順磁性的差異
物質內部 電子軌道 原子間的 淨磁距 磁化率與 溫度的關係
反磁性物質
每一個電子軌道 上的電子都是成 對的 原子或分子內有 不成對電子出現
1
磁性的起源
磁從古代西元前就在中國及西方發現它 的存在，不過當時認為他是一個奇物，而 不知道這個就是磁，直到公元12世紀發現 擁有磁力的磁鐵在無外力下會指向固定方 向，而作為指南針做使用。 到了19世紀，物理學家又研究出磁與電 的關係，進而發現並計算出有關磁力與電 力大小的對應關係及公式。
2
磁化率（magnetic susceptibility）
15
參考文獻
1. 維基百科-磁 /wiki/%E7%A3%81 2.磁性物質（Ⅰ）–反磁性、順磁性 1].tw/ wordpress/?p=22512 3.順磁性應用 /w/%E9%A1%BA% E7%A3%81%E6%80%A7 4.反磁性應用 https:///site/enoS98140 16 57/home/substance
順磁性的特性
當外加一磁場時，這種不成對的電子易 受外加磁場的影響而旋轉，使這些原子磁 矩順著外加磁場方向而排列，因而產生了 與外加磁場方向相同的淨磁矩。
外 加 磁 場 方 向 5
反磁性（diamagnetism）
反磁性的磁化率χ為一極小負值， 通常在-10-5左右。 反磁性效應的發生，是由於電子軌道運 動的結果。 由於反磁性物質中每一個電子軌道上的 電子都是成對的，亦即每一個軌道上都有 二個自旋相反的電子，個別電子繞行原子 核所產生的磁矩會相互抵消，因此使得反 磁性物質本身並不具有磁性，且其淨磁矩 為零。 6
當物質置於外加磁場 H 時，它的 磁化強度 M 將會發生變化。 兩者之間的關係可以下列公式表示 M = χH χ 稱為物質的磁化率
3
順磁性（paramagnetism）
順磁性的磁化率 χ 為很小的正數，通常在 10-3 ~ 10-6 之間，與反磁性一樣為弱磁性， 但其磁化方向與外加磁場相同。 構成順磁性的原因是因為原子或分子內 有不成對電子出現，使順磁性物質中每個 原子的淨磁矩並不為零，但由於原子與原 子之間的磁矩方向不一而互相抵消，所以 整體而言順磁性物質的淨磁矩為零，而不 具有磁性。 4