材料物理性能_磁学性能
第三章 材料的磁学性能
材料的磁学性能
物质的磁性 磁性的基本量 (磁矩,磁化强度M,磁化率,磁导率) 抗磁性与顺磁性(弱磁性) 铁磁性(强磁性) (磁滞回线,自发磁化,磁畴与技术磁化) 磁性材料及应用
磁性的基本量及单位
Magnetic Terminology & Units 一. 磁矩
磁矩
磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭
的电流都具有磁矩ｍ=IS。其方向与环形电流法线 的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘 积IΔS。
电子磁矩: 由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成.
磁性的基本量及单位
二. 磁化强度M
磁化强度M:单位体积内的磁矩矢量和: 后其磁性强弱的一个物理量。
m M V
i
单位体积的总磁矩 M（安／米）.M是描述磁质被磁化
M H
（ χ 无量纲 ）
χ称为磁化率或磁化系数,反映物质磁化的难易程度。
三. 磁场强度H和磁感应强度B
• Definitions of Three Magnetic Vectors:
Magnetic field, 磁场强度 Magnetization, 磁化强度 Magnetic induction, 磁感应强度
B M
B M
μ
Hs H
m = B/H
H
Two Units
Quantity Gaussian (cgs units) S.I. Units
Conversion factor (cgs to S.I.)
Magnetic Induction (B)
Applied Field (H) Magnetisation (M) Magnetisation (4pM)
材料物理性能-_磁学性能
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4. 磁感应强度和磁导率（P133） 材料在磁场强度为 H 的外加磁场（直流、交变或脉冲磁 场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为 磁感应强度B，即在强度为H的磁场中被磁化后，物质内磁场 强度的大小。 在真空中，磁感应强度为：
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二、技术磁化（P154）
对未经外磁场磁化的 ( 或处于退磁状态的 ) 铁磁体，它们 在宏观上并不显示磁性，这说明物质内部各部分的自发磁化 强度的取向是杂乱的。因而物质的磁畴决不会是单畴，而是
由许多小磁畴组成的。
技术磁化：在外磁场作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化到 饱和的内部变化过程。
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铁磁体在外磁场中的磁化过程主要为畴壁的 移动和磁畴内磁矩的转向。
因而自发磁化强度降低，铁磁性消失。这一温度称为居里 点Tc。在居里点以上，材料表现为顺磁性。
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4. 反铁磁性和亚铁磁性（P132、P144） 如果交换积分 A＜0时，则原于磁矩取反向平行排列能量最 低。如果相邻原子磁矩相等，由于原子磁矩反平行排列，原
子磁矩相互抵消，自发磁化强度等于零。这样一种特性称为
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磁学与电学基本物理量的比较 电学物理量 (单位) 磁学物理量 (单位)
J E P 0E
电流强度 I (A)
磁通量 Ф (Wb)
电流密度 J (A/m2)
电场强度 E (V/m)
磁通密度 B (Wb/m2)
磁场强度 H (A/m)
B H M H
r 1
电导率σ (Ω-1· m-1)
B0 0 H
式中μ0为真空磁导率
0 4 107 H / m
什么叫无机材料物理性能特性
什么叫无机材料物理性能特性无机材料是指由无机化合物构成的材料，它们具有广泛的应用领域，如电子、光电子、能源、环境等。
无机材料的性能特性直接影响着其在各个领域的应用效果。
那么，什么叫无机材料的物理性能特性呢？首先，我们来了解一下无机材料的物理性能。
无机材料的物理性能可以分为多个方面，包括机械性能、热学性能、电学性能、光学性能和磁学性能等。
机械性能是指无机材料抵抗外力破坏的能力，通常包括硬度、弹性模量、抗弯强度等指标。
例如，金刚石是一种硬度极高的无机材料，可以用来制作切割工具；陶瓷材料具有较高的抗压强度，适合用于建筑材料等领域。
热学性能是指无机材料在热环境下的表现，包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等指标。
例如，氧化铝具有较低的热导率，可用作隔热材料；石墨烯具有优异的热导率，适合用于制作散热材料。
电学性能是指无机材料在电场或电流作用下的表现，包括导电性、介电性等指标。
例如，金属材料具有良好的导电性，适合用于制作电子元件；氧化铁具有优良的磁电耦合效应，适合用于磁存储器件。
光学性能是指无机材料在光学环境下的表现，包括透明度、折射率、发光性等指标。
例如，玻璃材料具有良好的透明性，适合用于光学器件；半导体材料具有发光性能，在光电子领域有重要的应用。
磁学性能是指无机材料在磁场作用下的表现，包括磁导率、磁饱和磁矩等指标。
例如，铁氧体材料具有良好的磁导率和磁饱和磁矩，适合用于制作磁性材料。
综上所述，无机材料的物理性能特性对于其应用效果具有重要影响。
了解无机材料的物理性能特性可以帮助我们更好地选择和应用材料，并优化其性能。
未来，随着科学技术的不断发展，我们有望进一步改进无机材料的物理性能，推动无机材料在各个领域的应用。
材料物理性能
材料物理性能材料的物理性能是指材料在受力、受热、受光、受电、受磁等外界作用下所表现出的性质和特点。
它是材料的内在本质，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
材料的物理性能包括了热学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
首先，热学性能是材料的一个重要物理性能指标。
热学性能包括导热性、热膨胀性和热稳定性等。
导热性是指材料传导热量的能力，通常用热导率来表示。
热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化情况，通常用线膨胀系数来表示。
热稳定性是指材料在高温环境下的性能表现，包括了热变形温度、热老化等指标。
这些性能对于材料在高温环境下的应用具有重要意义。
其次，光学性能是材料的另一个重要物理性能。
光学性能包括透光性、反射率、折射率等指标。
透光性是指材料对光的透过程度，通常用透光率来表示。
反射率是指材料对光的反射程度，通常用反射率来表示。
折射率是指材料对光的折射程度，通常用折射率来表示。
这些性能对于材料在光学器件、光学仪器等领域的应用具有重要意义。
此外，电学性能是材料的另一个重要物理性能。
电学性能包括导电性、介电常数、电阻率等指标。
导电性是指材料导电的能力，通常用电导率来表示。
介电常数是指材料在电场中的极化能力，通常用介电常数来表示。
电阻率是指材料对电流的阻碍程度，通常用电阻率来表示。
这些性能对于材料在电子器件、电气设备等领域的应用具有重要意义。
最后，磁学性能是材料的另一个重要物理性能。
磁学性能包括磁导率、磁饱和磁化强度、矫顽力等指标。
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，通常用磁导率来表示。
磁饱和磁化强度是指材料在外磁场作用下的最大磁化强度，通常用磁饱和磁化强度来表示。
矫顽力是指材料在外磁场作用下的抗磁化能力，通常用矫顽力来表示。
这些性能对于材料在磁性材料、电机、传感器等领域的应用具有重要意义。
综上所述，材料的物理性能是材料的重要特性，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
不同类型的材料具有不同的物理性能，因此在材料选择和应用过程中，需要充分考虑材料的物理性能指标，以确保材料能够满足特定的使用要求。
材料物理性能答案
材料物理性能答案材料的物理性能是指材料在物理方面所表现出来的特性和性能。
它包括了材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
在工程实践中，对材料的物理性能有着非常高的要求，因为这些性能直接关系到材料在使用过程中的稳定性和可靠性。
下面将分别对材料的力学性能、热学性能、电学性能和磁学性能进行详细介绍。
首先，力学性能是材料最基本的性能之一。
它包括了材料的强度、韧性、硬度、塑性等指标。
强度是材料抵抗外部力量破坏的能力，韧性是材料抵抗断裂的能力，硬度是材料抵抗划痕的能力，塑性是材料在外力作用下发生形变的能力。
这些指标直接影响着材料在工程中的使用寿命和安全性。
其次，热学性能是材料在热学方面的表现。
它包括了材料的热膨胀系数、热导率、比热容等指标。
热膨胀系数是材料在温度变化时长度、面积或体积的变化比例，热导率是材料传导热量的能力，比热容是材料单位质量在温度变化时吸收或释放的热量。
这些指标对于材料在高温或低温环境下的稳定性和耐热性有着重要的影响。
再次，电学性能是材料在电学方面的表现。
它包括了材料的导电性、绝缘性、介电常数等指标。
导电性是材料导电的能力，绝缘性是材料阻止电流流动的能力，介电常数是材料在电场中的响应能力。
这些指标对于材料在电子器件、电力设备等方面的应用具有重要的意义。
最后，磁学性能是材料在磁学方面的表现。
它包括了材料的磁化强度、磁导率、矫顽力等指标。
磁化强度是材料在外磁场作用下磁化的能力，磁导率是材料传导磁场的能力，矫顽力是材料磁化和去磁化之间的能量损耗。
这些指标对于材料在电机、变压器等磁性设备中的应用具有重要的作用。
综上所述，材料的物理性能是材料工程中非常重要的一部分。
它直接关系到材料在使用过程中的性能和稳定性，对于材料的选用、设计和应用具有重要的指导意义。
因此，对材料的物理性能进行全面的了解和评价，是材料工程中必不可少的一项工作。
第七章无机材料的磁学性能_材料物理
第七章无机材料的磁学性能§7.1 物质的磁性§7.2 磁畴与磁滞回线§7.3 铁氧体的磁性与结构§7.4 铁氧体磁性材料§7.1 物质的磁性一、物理参数二、磁性的本质三、磁性的分类磁性材料金属和合金电阻率低，损耗大，不能满足应用之需要，尤其在高频范围内。
含铁及其它元素的复合氧化物。
称为铁氧体（ferrite），电阻率为10～106 •m，属于半导体范畴。
磁性无机材料：高电阻、低损耗。
1. 磁矩磁矩是表示磁体本质的一个物理量。
表征磁性物体磁性大小。
磁偶极子电偶极子-q +q l E电矩ql=μ磁矩小封闭环形电流S I m ∆=磁矩的方向为它本身在圆心所产生的磁场方向。
I 电流强度，∆S 为封闭环形的面积m ：单位A ⋅m 2一、物理参数2. 磁化强度与磁感应强度磁矩愈大，磁性愈强，即物质在磁场中所受的力也大。
磁矩只与物体本身有关，与外磁场无关。
磁化：在外磁场作用下，各磁矩有规则地取向，使磁介质宏观显示磁性，这就叫磁化。
能被磁场磁化的介质称为磁介质。
磁化强度：磁化强度的物理意义是单位体积的磁矩。
表征磁介质被磁化的程度。
H V m M χ=∆=∑H ：外加磁场强度单位：A/mχ：介质的磁化率，仅与介质性质有关，反映材料磁化的能力。
没有单位，可正可负，取决于材料不同的磁型类别。
材料被磁化：H 总＝H ＋H 1(矢量和)外加磁场强度为H ，磁介质的总磁场强度：H 1=M ＝χH 磁感应强度B ：通过磁场中某点，垂直于磁场方向单位面积的磁力线数。
单位：Wb ·m -2（T 特斯拉）真空：磁介质：H B 00μ=(H/m)104-70⨯=πμ真空磁导率外磁场HHH H B )1(00χμμμ+===总介质的磁导率μ0)1(μχμ+=0/1μμχμ=+=r 介质的相对磁导率介质的磁导率磁导率μ：表示磁性材料传导和通过磁力线的能力。
是磁性材料最重要的物理量之一。
材料性能----磁学性能
e 2 m l 0.5er 2 i F m r 2 e 2r He r 2 2 F F m r（ ） F H m l er H 4m
2 2
将左手掌摊平，让磁力线穿过手掌心，四 指表示正电荷运动方向，则和四指垂直的 大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。 运动电荷受到磁场的作用力，叫做洛伦兹力Δ F
基本磁学性能
Tc，居里温度 TN，奈尔温度
第一节
三 抗磁性与顺磁性
基本磁学性能
材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反 的称为抗磁性 材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的 称为顺磁性 磁化曲线 磁化强度与磁场强度之间均呈直线关系 存在磁化可逆性
第一节
抗磁性
基本磁学性能
材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用所产生的抗磁矩 (1) 电子作轨道运动
程度可以用原子固有磁矩（矢量）的总和表示。单位体积磁矩称为磁化
强度M
P M
V
m
磁化强度M(附加磁场强度H’）不仅与外加磁场强度有关，也与物质本
性，磁化率（χ
）有关，
即：
M H B （H M） （ ）H 0 r H H 01 0
第一节
二 物质磁性的分类
第一节
顺磁性
基本磁学性能
产生条件：原子的固有磁矩不为零
顺磁物质磁化率是抗磁物质磁化率的1-1000倍，顺磁物质中抗磁性被掩盖了。
第一节
居里定律
基本磁学性能
少数物质原子的磁化率与温度成反比（即服从居里定律）
C T
相当一部分固体顺磁物质，原子的磁化率与温度的关系由居里-外斯 （Curie-Weiss）定律表示
180o畴壁：一个易磁化轴上有两个相反的磁化方向 90o 畴壁：易磁化轴互相垂直
材料物理性能概述
材料物理性能概述引言当今世界，材料越来越成为非常重要的社会生产支柱之一，而材料的性能越来越多地被重视和研究。
本文主要介绍一下材料的各种物理性能。
本文主要从六个方面来介绍，分别是材料的电学性能、磁学性能、热学性能、光学性能。
一、材料的电学性能1.概述材料的电学性能包括以下内容：导电性的一般理论处理、金属材料的导电性、半导体材料的导电性、离子晶体导电性与超导电性。
导电性方面，引入电导率、电流密度概念。
2. 导电性的一般理论处理材料依导电性的分类及导电性范围，四类材料的导电性范围，导电性与材料中电子态间的关系；导电性与材料中载流子的浓度、电荷量、移动速度(及迁移率)的一般关系，在半导体、金属(经典自由电子理论)中的具体形式；量子自由电子理论下的导电性，Fermi球漂移，导电电子数，电导率结论()σετ=132N e vF F2的推导，自由电子的自由程；能带理论下的导电性结论，各类材料导电性相对强弱的讨论，Brillouin区边界的限制。
3. 金属材料的导电性机理：实验规律(Matthiessen规则)，残余电阻与温度对电阻的影响，电阻根源—周期势场的不规则点，即散射中心(数量、强度)、导电性的微观控制因素—电子的自由程。
影响因素：温度的影响规律；合金成分的影响(固溶态—影响强度与原子半径及化合价差的关系，有序化的影响；多相区)；相变的影响。
其它(自学)：偏离Matthiessen规则的合金化影响，K状态，其它影响因素；电阻研究的意义：材料分析方法(高纯度分析，相变及转变分析)，测温等应用，精密电阻合金、导电材料、电热合金等。
4 . 半导体材料的导电性半导体材料简介(本征—单质、化合物材料，掺杂— n型，p型，材料的电子态特征)，导电性(0K下不导电，T>0K时，依靠热激活导电)，电子有效质量、电子与空穴。
载流子浓度理论推导，本征半导体的典型数值，掺杂半导体的结构、附近能级的产生、及对载流子浓度的影响；半导体材料的导电性与温度、掺杂的关系，晶体缺陷的影响。
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原子固有磁矩的存在与否以及原子间的相互作用 使物质表现出不同的磁性。
12
二、磁性的分类
P 132
对原先不存在宏观 磁性的材料，施加 一个从零逐渐增大 的磁场，则对不同 的材料可得到不同
B H 的M-H关系曲线， 即基本磁化曲线。
第四章 材料的磁学性能
B H P130
1
本章内容
材料的基本磁学性能 物质的磁性及其物理本质
B H 磁畴及技术磁化 磁性材料
2
I、材料的基本磁学性能
磁性：磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作用。在相同的不
均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确定物质磁 性的强弱。任何物质都具有磁性，只是种类和强弱不同。
B
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H 电子产生抗磁矩的示意图（沿圆周箭头指电流方向）
抗磁性的特征
❖ 所感应的磁矩很小，方向与外磁场相反，即磁化强度M为 很小的负值，抗磁体在磁场中受微弱斥力。 ❖ 相对磁导率μr ＜1，磁化率χ ＜0（为负值）。 ❖ 在抗磁体内部的磁感应强度B比真空中的小。抗磁体的磁 化率χ约为-10-6数量级。
磁化及磁介质：物质在磁场中受磁场的作用而表现出磁性的过程称为
磁化。能够被磁化的物质叫做磁性物质或磁介质。
B H 磁场：如果将两个磁极靠近，在两个磁极之间产生作用力——同性相
斥和异性相吸。磁极之间的作用力是在磁极周围空间传递的，这里存在着 磁力作用的特殊物质，称之为磁场。磁场的强弱可以用假想的磁力线数量 来表示，磁力线密的地方磁场强，磁力线疏的地方磁场弱。单位截面上穿 过的磁力线数目称为磁通量密度。
一，宏观无磁性。但在外磁场作用下，各磁矩有规则地取向， 使磁介质宏观显示磁性，完成磁化过程。
为了描述物质的磁化状态和衡量其磁性强弱，引入磁化强 度的概念，磁化强度M是单位体积的总磁矩：
MH 磁化强度M是反映物质磁化状态（强度和方向）的物理量。
M可正、可负，由磁体内磁矩矢量和的方向决定，因而磁化了 的磁介质内部的磁感应强度B可能大于，也可能小于磁介质不存
式中：m – 载流线圈的磁矩； I – 载流线圈通过的电流； ΔS – 载流线圈的面积；
B H n–载流线圈平面的法线方向上的单位矢量。 在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J为： J = Pm×B 式中：J为矢量积，B为磁感应强度。
5
2. 磁化强度（P130） 对于一般磁介质，无外加磁场时，其内部各磁矩的取向不
B H 原子磁矩取决于未填满壳层电子的轨道磁矩和自旋磁矩。
对于电子壳层已填满的原子，虽然其轨道磁矩和自旋磁矩的总 和为零，但这仅是在无外磁场的情况；当有外磁场作用时，即 使对于那种总磁矩为零的原子也会显示出磁矩来。这是由于电
子的循轨运动在外磁场的作用下产生了抗磁磁矩△P的缘故。
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抗磁性物质的原子(离子)磁矩为零， 当抗磁性物质放入外磁场中，电子 受到洛伦兹力的作用产生一个附加 向心力ΔK，从而使电子轨道改变， 感生一个附加磁矩，其方向与外磁 场方向相反。
根据物质磁性的强弱和磁化率的正负，可将物质的磁性 分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。
13
1. 抗磁性（P132、P136）
抗磁性的理解 由于外磁场使电子的轨道运动发生变化而引起的，方向
与外磁场相反的一种磁性。它是一种很弱的、非永久性的磁 性，只有在外磁场存在时才能维持。
抗磁性的形成
3
1. 磁矩 （P130）
磁矩是描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量，表征磁
MB 性物体磁性的大小，磁矩越大，磁性越强，即物体在磁场中
H 受的力也越大。
4
磁源于电：一个环形电流周围的磁场犹如一条形磁体的磁场， 具有磁矩Pm，其大小为电流与封闭环形面积的乘积，其方向 符合右螺旋法则。
Pm= nIS
8
在磁介质中，磁感应强度与磁场强度的关系为：
J
P
BH
E
0Hale Waihona Puke Er1B H
B H M H r 1
式中：μ为磁导率，是磁性材料最重要的物理量之一，反映 了介质的特性，表示材料在单位磁场强度的外加磁场作用下， 材料内部的磁通量密度。
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磁学与电学基本物理量的比较
电学物理量 (单位) 磁学物理量 (单位)
B H 在时真空中的磁感应强度B0。
6
3. 磁化率（P131）
为了确定材料的磁化强度M与外磁场强度H、温度T之间 的关系，引入磁化率的概念。
在给定的外界条件（T－常数），磁化率等于磁化强度M 与磁场强度H之比。
B H 04107H/m 式中：χ为介质的磁化率，反映材料磁化的难易程度，无量纲， 可正可负，是物质磁性分类的主要依据。
电流强度 I (A) 磁通量 Ф (Wb)
0(1) 电流密度 J (A/m2) 磁通密度 B (Wb/m2) 电场强度 E (V/m) 磁场强度 H (A/m)
B H 电导率σ (Ω-1·m-1) 磁导率 μ (H/m)
电偶极矩 μ (C·m) 磁矩 Pm (Wb·m) 极化强度 P (C/m2) 磁化强度 M(Wb/m2)
11
原子磁矩的确定
► 原子的磁距主要由电子的磁距组成，而电子的磁距又是其 轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和（原子固有磁距）。 ► 原子是否具有磁矩，取决于其具体的电子壳层结构。
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，此 时原子本征磁矩Pm=0。
极化率α
磁化率χ
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II、物质的磁性及其物理本质
一、物质磁性的基础（P135）
轨道磁矩
电子围绕原子核的轨道运
动，产生一个非常小的磁
场，形成一个沿旋转轴方
B H 向的磁矩，即轨道磁矩。
自旋磁矩
每个电子本身有自旋运动 产生一个沿自旋轴方向的 磁矩，即自旋磁矩。
Orbital 轨道磁矩
Spin 自旋磁矩
7
4. 磁感应强度和磁导率（P133） 材料在磁场强度为H的外加磁场（直流、交变或脉冲磁
场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为 磁感应强度B，即在强度为H的磁场中被磁化后，物质内磁场 强度的大小。
B H 在真空中，磁感应强度为：
式中μ0为真空磁导率 BB 0B '0H 0M 0H 0H 0(1)H