磁性物理学 课件一
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课件：磁现象 磁场(第一课时)(ppt格式)
实验三：研究磁极间的相互作用规律
初中物理
实验三：研究磁极间的相互作用规律
初中物理
同名磁极相互排斥， 异名磁极相互吸引。
实验四：有趣的磁悬浮
初中物理
实验四：有趣的磁悬浮
初中物理
初中物理
实验四：有趣的磁悬浮
两个环形磁体相对 的面的是同名磁极 还是异名磁极？ 根据同名磁极相 互排斥，相对的 面是同名磁极。
初中物理
实验六：用小磁针研究磁体周围的磁场
观察3：将多个小磁针摆放在条形磁铁的周围，观 察小磁针N极的指向。
小磁针 红色一 端为N极。
初中物理
实验六：用小磁针研究磁体周围的磁场
观察2：将不同小磁针摆放在条形磁体旁的一个确 定的位置，静止时，观察小磁针N极的指向。
初中物理
磁场中同一点，小磁针静止时，N极总是 指向同一个方向。
实验六：用小磁针研究磁体周围的磁场
观察3：将多个小磁针摆放在条形磁铁的周围，观 察小磁针N极的指向。 小磁针 红色一 端为N极。
初中物理
初中物理
想一想
为什么硬币 一端被磁体吸 引后，另一端 会互相排斥？
S NNN
解析： 硬币被磁体吸
引后被磁化，硬 币的下端一侧为 同名磁极，根据 磁极间的相互作 用，同名磁极相 互排斥，所以彼 此远离。
二、磁场
观察： 静止的磁针为什么转起来了？
初中物理
二、磁场
思考
初中物理
1. 使磁针转动(运动状态改变)的原因是什么？ 2. 磁体和磁针不接触，是通过什么对磁针产生 作用的？
初中物理
二、磁场
1.使磁针转动(运动状态改变)的原因是什么？ 磁针的运动状态改变是由于受到力的
作用。
第01章 磁性物理学
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。
第二十章第1节 磁现象 磁场 课件(共37张PPT)
磁现象
磁极间相互作用的规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 一些物体在磁体或电流的作用下会获得磁性，这种现象叫作磁化（
magnetization）。许多物体容易磁化。机械手表磁化后，走时不准 ；彩色电视机显像管磁化后，色彩失真；而钢针磁化后，可以用来制 作指南针。你会磁化钢针吗？
磁场
如果把磁针拿到一个磁体附近，它会发生偏转。 磁针和磁体并没有接触，怎么会有力的作用呢？ 这是因为磁体周围存在着一种物质，能使磁针偏 转。这种物质看不见、摸不着，我们把它叫作磁 场（magnetic field）。在物理学中，许多看不 见、摸不着的物质，可以通过它对其他物体的作 用来认识。像磁场这种物质，我们用实验可以感 知它，所以它是确确实实存在的。
磁现象 磁场
磁极：磁体上磁性最强的部分叫磁极。一个磁体无论多么小都有两个磁 极，可以在水平面内自由转动的磁体，静止时总是一个磁极指向南方，另 一个磁极指向北方，指向南的叫作南极（S极），指向北的叫作北极（N 极）。同性磁极相互排斥、异性磁极相互吸引。简称同极相斥，异极相吸 。利用磁体的这一性质可以判断一个物体是否带有磁性。 磁化：一些没有磁性的物体在磁体或电流的作用下会显现磁性，这种现 象叫作磁化。像铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质， 叫作磁性材料。
第二十章 电与磁
第1节
磁现象 磁场
复习引入
电压越高越危险 常见的触电事故 安全用电原则 注意防雷
新课引入
公元843年，在茫茫的大海上，一只帆船正在日夜不停地航行， 没有航标、没有明确的航道。船上一些聪明的中国人利用手中仪 器指示的方向，开辟了从浙江温州到达日本嘉值岛的航线。这个 神奇的仪器，就是罗盘。罗盘即平常我们说的指南针，它是我国 古代的四大发明之一。
《大学物理磁学》ppt课件
《大学物理磁学》 ppt课件
目录
• 磁学基本概念与原理 • 静电场中的磁现象 • 恒定电流产生磁场及应用 • 电磁波与光波在磁学中的应用 • 铁磁物质及其性质研究 • 现代磁学发展前沿与挑战
01
磁学基本概念与原理
磁场与磁力线
01 磁场
由运动电荷或电流产生的特殊物理场，具有方向 和大小，可用磁感线描述。
通过分析带电粒子在静电场中的运动规律，可以 03 了解电场分布和粒子性质等信息。
静电场和恒定电流产生磁场比较
静电场和恒定电流都可以产生磁场，但它们产 生的磁场具有不同的特点。
静电场产生的磁场是瞬时的，随着静电场的消 失而消失；而恒定电流产生的磁场是持续的， 只要电流存在就会一直产生磁场。
此外，静电场和恒定电流产生的磁场在分布、 强度和方向等方面也存在差异。
02 磁力线
形象描述磁场分布的曲线，其切线方向表示磁场 方向，疏密程度表示磁场强度。
03 磁场的基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用。
磁感应强度与磁通量
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B表示， 单位为特斯拉（T）。
磁通量
描述穿过某一面积的磁感线条数的物理量，用Φ表 示，单位为韦伯（Wb）。
电磁铁
利用恒定电流产生的磁场来制作电磁 铁，用于吸附铁磁性物质或作为电磁
开关等。
电磁炉
利用恒定电流产生的交变磁场来加热 铁质锅具，从而实现对食物的加热和
烹饪。
电机与发电机
电机是将电能转换为机械能的装置， 而发电机则是将机械能转换为电能的 装置。它们的工作原理都涉及到恒定 电流产生的磁场。
磁悬浮列车
利用恒定电流产生的强磁场来实现列 车的悬浮和导向，具有高速、安全、 舒适等优点。
目录
• 磁学基本概念与原理 • 静电场中的磁现象 • 恒定电流产生磁场及应用 • 电磁波与光波在磁学中的应用 • 铁磁物质及其性质研究 • 现代磁学发展前沿与挑战
01
磁学基本概念与原理
磁场与磁力线
01 磁场
由运动电荷或电流产生的特殊物理场，具有方向 和大小，可用磁感线描述。
通过分析带电粒子在静电场中的运动规律，可以 03 了解电场分布和粒子性质等信息。
静电场和恒定电流产生磁场比较
静电场和恒定电流都可以产生磁场，但它们产 生的磁场具有不同的特点。
静电场产生的磁场是瞬时的，随着静电场的消 失而消失；而恒定电流产生的磁场是持续的， 只要电流存在就会一直产生磁场。
此外，静电场和恒定电流产生的磁场在分布、 强度和方向等方面也存在差异。
02 磁力线
形象描述磁场分布的曲线，其切线方向表示磁场 方向，疏密程度表示磁场强度。
03 磁场的基本性质
对放入其中的磁体或电流产生力的作用。
磁感应强度与磁通量
磁感应强度
描述磁场强弱和方向的物理量，用B表示， 单位为特斯拉（T）。
磁通量
描述穿过某一面积的磁感线条数的物理量，用Φ表 示，单位为韦伯（Wb）。
电磁铁
利用恒定电流产生的磁场来制作电磁 铁，用于吸附铁磁性物质或作为电磁
开关等。
电磁炉
利用恒定电流产生的交变磁场来加热 铁质锅具，从而实现对食物的加热和
烹饪。
电机与发电机
电机是将电能转换为机械能的装置， 而发电机则是将机械能转换为电能的 装置。它们的工作原理都涉及到恒定 电流产生的磁场。
磁悬浮列车
利用恒定电流产生的强磁场来实现列 车的悬浮和导向，具有高速、安全、 舒适等优点。
磁性物理学第一章物质磁性概述-磁性物理
顺磁性物质举例
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。
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。
磁性物理学第一章 物质磁性概述-磁性物理
1.77 39.95 0.85
-28.0
3.09 83.80 1.03
-43
3.78 131.3 1.24
Kittel 书数据（2002）
它们的电子壳层都是满壳层，所以原子磁矩为零。 在CGS单位制下，抗磁磁化率的典型值是10-6 cm3·mol-1 。 统一换成体积磁化率的数值，量级是10-6。 换成 SI 单位制下应乘以4π，量级在10-5。
深入研究发现，典型抗磁性是轨道电子在外磁场中受到电 磁作用而产生的，因而所有物质都具有的一定的抗磁性，但只 是在构成原子（离子）或分子的磁距为零，不存在其它磁性的 物质中， 才会在外磁场中显示出这种抗磁性。在外场中显示抗 磁性的物质称作抗磁性物质。除了轨道电子的抗磁性外，传导 电子也具有一定的抗磁性，并造成反常。
FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS
反常抗磁性物质：Bi,Ga,Zn,Pb,磁化率与磁场、温度有关。
广义地说，超导体也是一种抗磁性物质，=-1 ，它的机理 完全不同，不在我们讨论之内。
见姜书p25
CGS单位制克分子磁化率
体积磁化率
密度 原子量 ×10-6
ρn
-1.9
0.205 4
0.097
-7.2
1.51 20.18 0.43
-19.4
（3）、磁化强度： Gauss单位制中，磁极化强度（J）与磁化强度（M）相
同，单位：G
J： 1G4104T
M：1G103Am1
四、磁化率 与 磁导率
磁体置于外磁场中磁化强度M将发生变化（磁化）
MH，M
H 其中称为磁体的磁化率(susceptibility)，是单位磁场强度 H在磁体内感生的M，表征磁体磁化难易程度的物理量
《大学物理磁学》课件
核磁共振谱（NMR）
利用核自旋磁矩进行研究物质结构和化学键的谱学技术。NMR可应用于有机化学、药物化学、石油化 工等领域，用于分析分子结构和化学反应机理。
磁性材料在电子器件中的应用
磁性材料
具有铁磁、亚铁磁等性质的金属和非金属材 料，如铁、钴、镍及其合金。磁性材料具有 高磁导率、低矫顽力等特点，广泛应用于电 子器件中。
洛伦兹力，用于描述磁场对运动电荷的作用。
磁场对电流的作用
安培力，用于描述磁场对电流的作用。
磁场对磁体的作用
磁体之间的相互作用力，与磁体的磁感应强度和距离 有关。
02
磁场与电流
奥斯特实验与安培环路定律
奥斯特实验
揭示了电流的磁效应，即电流能在其 周围产生磁场。
安培环路定律
描述了电流与磁场之间的关系，即磁 场线总是围绕电流闭合。
铁磁性
铁、钴、镍等金属具有显著的铁磁性，其内部原子、分子的自旋磁矩在一定条件 下自发排列形成磁畴。
磁畴结构
铁磁体内部存在许多自发磁化的小区域，称为磁畴。不同磁畴的磁化方向不同， 导致宏观上铁磁体的磁化强度呈现出复杂的空间分布。
磁记录与磁头技术
磁记录
利用磁介质记录信息的技术，通过改变 磁介质表面的磁场方向实现信息的存储 。
详细描述
磁场对光的干涉和衍射具有重要影响。在磁场作用下，光的干涉和衍射现象会发生变化，表现为干涉条纹的移动 和衍射角的改变。这些现象在物理学中具有重要的应用价值，如光学仪器设计、光谱分析和量子力学等领域。
05
磁学的应用
磁力机械与磁力悬浮
磁力机械
利用磁场力实现机械运动的装置，如磁力泵、磁力传动器等。磁力机械具有无接触、无摩擦、低能耗等优点，广 泛应用于化工、制药、石油等领域。
利用核自旋磁矩进行研究物质结构和化学键的谱学技术。NMR可应用于有机化学、药物化学、石油化 工等领域，用于分析分子结构和化学反应机理。
磁性材料在电子器件中的应用
磁性材料
具有铁磁、亚铁磁等性质的金属和非金属材 料，如铁、钴、镍及其合金。磁性材料具有 高磁导率、低矫顽力等特点，广泛应用于电 子器件中。
洛伦兹力，用于描述磁场对运动电荷的作用。
磁场对电流的作用
安培力，用于描述磁场对电流的作用。
磁场对磁体的作用
磁体之间的相互作用力，与磁体的磁感应强度和距离 有关。
02
磁场与电流
奥斯特实验与安培环路定律
奥斯特实验
揭示了电流的磁效应，即电流能在其 周围产生磁场。
安培环路定律
描述了电流与磁场之间的关系，即磁 场线总是围绕电流闭合。
铁磁性
铁、钴、镍等金属具有显著的铁磁性，其内部原子、分子的自旋磁矩在一定条件 下自发排列形成磁畴。
磁畴结构
铁磁体内部存在许多自发磁化的小区域，称为磁畴。不同磁畴的磁化方向不同， 导致宏观上铁磁体的磁化强度呈现出复杂的空间分布。
磁记录与磁头技术
磁记录
利用磁介质记录信息的技术，通过改变 磁介质表面的磁场方向实现信息的存储 。
详细描述
磁场对光的干涉和衍射具有重要影响。在磁场作用下，光的干涉和衍射现象会发生变化，表现为干涉条纹的移动 和衍射角的改变。这些现象在物理学中具有重要的应用价值，如光学仪器设计、光谱分析和量子力学等领域。
05
磁学的应用
磁力机械与磁力悬浮
磁力机械
利用磁场力实现机械运动的装置，如磁力泵、磁力传动器等。磁力机械具有无接触、无摩擦、低能耗等优点，广 泛应用于化工、制药、石油等领域。
第1章磁学与磁性材料基础知识PPT课件精选全文完整版
( )
H
d
=
NxM xi
+ NyMy
j
+ NzMzk
( )
Fd
=
1 2
m0
N
x
M
2 x
+
N
yM
2 y
+
NzM
2 z
N x + N y + N z = 1
球体：Fd = (1/ 6)m0M 2
( ) 细长圆柱体：Fd = (1/ 4)m0 M x2 + M y2
薄圆板片：Fd = (1/ 2)m0M z2
适用条件：磁体内部均匀一致，磁化均匀。
16
1.2. 材料的磁化
▼磁化曲线
表示磁场强度H与所感生的B或M之间的关系 O点：H＝0、B＝0、M＝0，磁中性或原始退磁状态 OA段：近似线性，起始磁化阶段 AB段：较陡峭，表明急剧磁化 H<Hm时，二曲线基本重合。 H>Hm后，M逐渐趋于一定值 MS（饱和磁化强度），而B 则仍不断增大(原因?) 由B－H（M－H）曲线可求 出μ或 χ
FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS
右图是1938 年测到的MnO 磁化率温度曲线，它是被 发现的第一个反铁磁物质， 转变温度 122K。
38
T
p
该表取自Kittel 书2005中文版p236，从中看出反铁磁物质的 转变温度一般较低，只能在低温下才观察到反铁磁性。
2
磁极和电流周围都存在磁场，磁场可以用磁力线表示：
磁力线特点：
从N极出发，进入与其最邻近的S极，并形成闭合回路； 通常呈直线或曲线，不存在呈直角拐弯的磁力线； 任意二条同向磁力线之间相互排斥，因此不存在相交的磁力线；
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物质磁性的起源和微观机理；理解强磁性物质 有关的永磁现象，磁结构及其相关理论；了解 磁性在现代技术中的应用，提高物质磁性的途 径。为开发新型磁性材料打下良好的基础。
10
需要基础和相关领域知识： 电磁学，原子物理学，量子力学，热力学和统计物理，固体物理
参考书： 磁性物理 宛德福 编
铁磁学（上、中册）戴道声等 编 铁磁性物理 近角聪信 编 Modern magnetic materials Robert C. O’Handley
磁性物理学
综述，绪论
王登京
2
极 地 光
3
一、磁学与磁性材料的发展史
蚩示是兵蚩於帝指 尤四作士尤涿。南 。方指皆作鹿與車 ，南迷大之蚩起 遂車，霧野尤於 擒以於，，戰黃 也南人鬼 。，取谷 」為玉子 其，云 不必： 惑載「 司鄭
晋 《 古 今 注 》 （《 梁宋 書 沈 約禮 志 撰》 ） ‧
‧
11
主要内容：
教材一、二、三、四、五章，六、七章选讲，其余自学。包 括：
1. 磁学基础知识；
2. 磁性起源； 3. 自发磁化理论； 4. 磁晶各项异性和磁致伸缩； 5. 磁畴结构及其理论。
6. 技术磁化。
12
磁学研究方法：
1. 关于理论研究： （1）应用量子力学，根据微观粒子性能，研究各 种状态及其 能量； （2）应用统计物理确定系统的配分函数；再根据 热力学与统计物理的关系，确立在热力学平衡态下的 有关参量。 2. 实践中研究方法： （1）考虑最主要作用，忽略次要作用； （2）不考虑磁体内的微观结构，根据热力学的 一般规律，得到有关的磁性现象的宏观理论。
3 常见磁导率分类： (1) 初始磁导率； (2) 最大磁导率； (3) 增幅磁导率； (4) 增量磁导率； (5) 可逆磁导率。
—相对磁导率
29
课堂小结：
30
M H M /H
2. 磁导率：表征磁体导磁能力及磁化难易的物理量。 B B I
电导率
磁导率
28
B 0 ( H M ) 0 ( H H ) 0 (1 ) H
(1 )
0 —真空磁导率
0 —绝对磁导率
F mH
B —磁感应强度：表征磁场对一运动电荷q施加磁场力的能力。
F qV B
（1）国际单位制中(SI)：
B 0 ( H M ) B 0 H（真空中） （T） ，H（A m-1) ， 0 4 107 H m-1 B
13
三、磁性物理学与技术的关系：
各 种 磁 性 材 料
+
磁场 温度 应力 光 电 ….
各 种 磁 效 应
技 术 应 用
14
磁性物理学
第一章：物质磁性概述
学习要点：
1. 深入理解各种磁学量的物理概念及其相互 关系； 2. 掌握物质的磁性分类，以及各类型的磁性 特征； 3. 理解静磁能的概念，掌握计算磁场能量和 退磁场能量的原理，熟练计算简单几何形 状的退磁因子 4. 了解磁性材料的磁化曲线和磁滞回线及其 磁性参量
H 1 2 j m cos Hr 3 r 40 r 1 H 1 j m sin H 3 r 40 r
特例： =0， H =0,
Hr jm / 20r 3 H
=/2， H r =0, H jm / 40r 3 H
22
3 .电流产生的磁场
1935年 荷兰Snoek发明软磁铁氧体
1935年 Landau和Lifshitz考虑退磁场， 理论上预言了 磁畴结构 1946年 Bioembergen发现NMR效应
6
1948年 Neel建立亜铁磁理论 1954-1957年 RKKY相互作用的建立 1958年 Mössbauer效应的发现
1960年 非晶态物质的理论预言
（ 0 真空磁导率）
18
二、磁极化强度（J）和磁化强度（ ） M
jm J V
或者
djm J dV
d m M dV
jm (m )
m M V
或者
J 0 M
19
三、磁场强度（H）和磁感应强度（ B）
1. 物理意义：两者都是表征磁场中某点强弱 的物理量，但意义不同。
m m 1 2 40 r1 40 r2 m 1 1 ( ) 40 r d cos / 2 r d cos / 2 jm md cos cos 2 2 40 r 40 r
21
r1
r r2 +m
d
H
(电场强度 E )
24
（2）高斯单位制中(CGS)：
H （Gs） ， B
B H 4M B H （真空中）
（Oe)
25
5 .磁学中的单位制：（国际单位制SI和高斯单位制CGS ）
（1） B 和 H
SI: CGS:
（T） ，H（A m-1) B H （Oe) （Gs） ， B
4
其之余常缀新坠可水南 理指家指于纩，为浮，方 。南指南针中不之多然家 ，南。腰独若，荡常以 犹、其，茧缕运摇微磁 柏北中无缕悬转。偏石 之者有风，为尤指东磨 指皆磨处以最速爪，针 西有而悬芥善，及不锋 ，之指之子。但碗全， 莫。北，许其坚唇南则 可磁者则蜡法滑上也能 原石。针，取易皆，指
宋 沈 括 《 梦 溪 笔 谈 》
26
（3） J 和 M
SI: CGS:
J（T） ，M（A m-1) M （Gs) J（Gs） ，
J: 1 Gs=4 10-4 T M: 1 Gs= 103 Am-1
27
四、磁化率（）和磁导率（）
1. 磁化率：单位磁场强度在磁体中产生的磁化强度， 是表征磁体磁化难易的物理量。
2. 外斯的分子场理论： 两个假设：分子场假设和磁畴假设
3. 交换作用模型： 4. 局域电子模型和巡游电子模型： 5. 自旋涨落理论：
8
当前磁学发展的一些方向： 1、新一代永磁材料研究； 2、新型磁记录材料研究；
3、生物磁性研究；
4、超微结构领域磁性研究 5、磁电子学
9
二、学习内容和研究方法
目的：初步掌握磁学的基本知识；理解各类
E F/q
q1 q2 F k r 3 r
静电场
静磁场
H F /m
m1 m2 F k r 3 r
kq / r
k 1 / 4 0
km / r
k 1/ 40
20
2 .磁偶极子的磁场计算
H
H
Hr
条件：l<<r
1964年 Kondo effect 近藤
1965年 Mader和Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金
1970年 SmCo5稀土永磁材料的发现
1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川) 1986年 高温超导体，Bednortz-muller 1988年 巨磁电阻GMR的发现 1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki
毕-沙定理：
1 Idl r dH 2 4 r
H
几种特殊状态：
I
H r I
r
3 长直流螺线管
1 真空中无限 长 直流电流
2 载流环形线圈 中心
H I / 2r
H I / 2r
H nI
23
H —磁场强度：表征磁场对一磁荷m施加磁场力的能力。
4 . B，H ， M 之间的关系
， 0 4 107 H m-1
1 T=104 Gs 1 Oe= 79.57 Am-1
（2）J m 和 m
SI: jm （Wb m) ， m （A m2) CGS: jm （emu) ， m （emu)
1 emu= 4.10-10 Wb.m 1 emu= 10-3 Am2
16
1-1 基本磁学量
m 一、磁偶极矩（jm ）和磁矩（ ）
N
S
m
d
-m
磁偶极矩
jm md (Wb m)
17
B F a
I
F BIa
b
m L Fb abBI SIB
磁矩
m L / B SI
F
磁矩：表征磁偶极子磁性强度和方向的物理量
jm 0 m
5
18世纪 奥斯特 电流产生磁场 法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流 ,安培定律 构成电磁学的基础 ,电动机、发电机等开创现代电气工 业 1907年 P.Weiss的磁畴和分子场假设 1919年 巴克豪森效应 1928年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源 1931年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴 1933年 加藤与武井发现含Co的永磁铁氧体
2007-10-09 法国科学家艾尔伯· 费尔和德国科学家皮特· 克鲁伯格 因发现巨磁电阻效应获2007年诺贝尔物理学奖。
7
关于磁学的主要理论： 1. 顺磁性的居里定律（居里-外斯定律）： 定义磁化率 M / H 有
P C / T
或者 P C / T TP
TP -顺磁居里温度
10
需要基础和相关领域知识： 电磁学，原子物理学，量子力学，热力学和统计物理，固体物理
参考书： 磁性物理 宛德福 编
铁磁学（上、中册）戴道声等 编 铁磁性物理 近角聪信 编 Modern magnetic materials Robert C. O’Handley
磁性物理学
综述，绪论
王登京
2
极 地 光
3
一、磁学与磁性材料的发展史
蚩示是兵蚩於帝指 尤四作士尤涿。南 。方指皆作鹿與車 ，南迷大之蚩起 遂車，霧野尤於 擒以於，，戰黃 也南人鬼 。，取谷 」為玉子 其，云 不必： 惑載「 司鄭
晋 《 古 今 注 》 （《 梁宋 書 沈 約禮 志 撰》 ） ‧
‧
11
主要内容：
教材一、二、三、四、五章，六、七章选讲，其余自学。包 括：
1. 磁学基础知识；
2. 磁性起源； 3. 自发磁化理论； 4. 磁晶各项异性和磁致伸缩； 5. 磁畴结构及其理论。
6. 技术磁化。
12
磁学研究方法：
1. 关于理论研究： （1）应用量子力学，根据微观粒子性能，研究各 种状态及其 能量； （2）应用统计物理确定系统的配分函数；再根据 热力学与统计物理的关系，确立在热力学平衡态下的 有关参量。 2. 实践中研究方法： （1）考虑最主要作用，忽略次要作用； （2）不考虑磁体内的微观结构，根据热力学的 一般规律，得到有关的磁性现象的宏观理论。
3 常见磁导率分类： (1) 初始磁导率； (2) 最大磁导率； (3) 增幅磁导率； (4) 增量磁导率； (5) 可逆磁导率。
—相对磁导率
29
课堂小结：
30
M H M /H
2. 磁导率：表征磁体导磁能力及磁化难易的物理量。 B B I
电导率
磁导率
28
B 0 ( H M ) 0 ( H H ) 0 (1 ) H
(1 )
0 —真空磁导率
0 —绝对磁导率
F mH
B —磁感应强度：表征磁场对一运动电荷q施加磁场力的能力。
F qV B
（1）国际单位制中(SI)：
B 0 ( H M ) B 0 H（真空中） （T） ，H（A m-1) ， 0 4 107 H m-1 B
13
三、磁性物理学与技术的关系：
各 种 磁 性 材 料
+
磁场 温度 应力 光 电 ….
各 种 磁 效 应
技 术 应 用
14
磁性物理学
第一章：物质磁性概述
学习要点：
1. 深入理解各种磁学量的物理概念及其相互 关系； 2. 掌握物质的磁性分类，以及各类型的磁性 特征； 3. 理解静磁能的概念，掌握计算磁场能量和 退磁场能量的原理，熟练计算简单几何形 状的退磁因子 4. 了解磁性材料的磁化曲线和磁滞回线及其 磁性参量
H 1 2 j m cos Hr 3 r 40 r 1 H 1 j m sin H 3 r 40 r
特例： =0， H =0,
Hr jm / 20r 3 H
=/2， H r =0, H jm / 40r 3 H
22
3 .电流产生的磁场
1935年 荷兰Snoek发明软磁铁氧体
1935年 Landau和Lifshitz考虑退磁场， 理论上预言了 磁畴结构 1946年 Bioembergen发现NMR效应
6
1948年 Neel建立亜铁磁理论 1954-1957年 RKKY相互作用的建立 1958年 Mössbauer效应的发现
1960年 非晶态物质的理论预言
（ 0 真空磁导率）
18
二、磁极化强度（J）和磁化强度（ ） M
jm J V
或者
djm J dV
d m M dV
jm (m )
m M V
或者
J 0 M
19
三、磁场强度（H）和磁感应强度（ B）
1. 物理意义：两者都是表征磁场中某点强弱 的物理量，但意义不同。
m m 1 2 40 r1 40 r2 m 1 1 ( ) 40 r d cos / 2 r d cos / 2 jm md cos cos 2 2 40 r 40 r
21
r1
r r2 +m
d
H
(电场强度 E )
24
（2）高斯单位制中(CGS)：
H （Gs） ， B
B H 4M B H （真空中）
（Oe)
25
5 .磁学中的单位制：（国际单位制SI和高斯单位制CGS ）
（1） B 和 H
SI: CGS:
（T） ，H（A m-1) B H （Oe) （Gs） ， B
4
其之余常缀新坠可水南 理指家指于纩，为浮，方 。南指南针中不之多然家 ，南。腰独若，荡常以 犹、其，茧缕运摇微磁 柏北中无缕悬转。偏石 之者有风，为尤指东磨 指皆磨处以最速爪，针 西有而悬芥善，及不锋 ，之指之子。但碗全， 莫。北，许其坚唇南则 可磁者则蜡法滑上也能 原石。针，取易皆，指
宋 沈 括 《 梦 溪 笔 谈 》
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（3） J 和 M
SI: CGS:
J（T） ，M（A m-1) M （Gs) J（Gs） ，
J: 1 Gs=4 10-4 T M: 1 Gs= 103 Am-1
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四、磁化率（）和磁导率（）
1. 磁化率：单位磁场强度在磁体中产生的磁化强度， 是表征磁体磁化难易的物理量。
2. 外斯的分子场理论： 两个假设：分子场假设和磁畴假设
3. 交换作用模型： 4. 局域电子模型和巡游电子模型： 5. 自旋涨落理论：
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当前磁学发展的一些方向： 1、新一代永磁材料研究； 2、新型磁记录材料研究；
3、生物磁性研究；
4、超微结构领域磁性研究 5、磁电子学
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二、学习内容和研究方法
目的：初步掌握磁学的基本知识；理解各类
E F/q
q1 q2 F k r 3 r
静电场
静磁场
H F /m
m1 m2 F k r 3 r
kq / r
k 1 / 4 0
km / r
k 1/ 40
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2 .磁偶极子的磁场计算
H
H
Hr
条件：l<<r
1964年 Kondo effect 近藤
1965年 Mader和Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金
1970年 SmCo5稀土永磁材料的发现
1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川) 1986年 高温超导体，Bednortz-muller 1988年 巨磁电阻GMR的发现 1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki
毕-沙定理：
1 Idl r dH 2 4 r
H
几种特殊状态：
I
H r I
r
3 长直流螺线管
1 真空中无限 长 直流电流
2 载流环形线圈 中心
H I / 2r
H I / 2r
H nI
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H —磁场强度：表征磁场对一磁荷m施加磁场力的能力。
4 . B，H ， M 之间的关系
， 0 4 107 H m-1
1 T=104 Gs 1 Oe= 79.57 Am-1
（2）J m 和 m
SI: jm （Wb m) ， m （A m2) CGS: jm （emu) ， m （emu)
1 emu= 4.10-10 Wb.m 1 emu= 10-3 Am2
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1-1 基本磁学量
m 一、磁偶极矩（jm ）和磁矩（ ）
N
S
m
d
-m
磁偶极矩
jm md (Wb m)
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B F a
I
F BIa
b
m L Fb abBI SIB
磁矩
m L / B SI
F
磁矩：表征磁偶极子磁性强度和方向的物理量
jm 0 m
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18世纪 奥斯特 电流产生磁场 法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流 ,安培定律 构成电磁学的基础 ,电动机、发电机等开创现代电气工 业 1907年 P.Weiss的磁畴和分子场假设 1919年 巴克豪森效应 1928年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源 1931年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴 1933年 加藤与武井发现含Co的永磁铁氧体
2007-10-09 法国科学家艾尔伯· 费尔和德国科学家皮特· 克鲁伯格 因发现巨磁电阻效应获2007年诺贝尔物理学奖。
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关于磁学的主要理论： 1. 顺磁性的居里定律（居里-外斯定律）： 定义磁化率 M / H 有
P C / T
或者 P C / T TP
TP -顺磁居里温度