材料物理性能磁学性能共30页
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
材料性能学课件-第九章材料的磁学性能

当某未满壳层中包含多个电子时,该支壳层的
电子按角动量耦合原则耦合成一个总角动量。原 子磁矩是和这个总角动量相联系的。
如Fe的原子序数26
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理论证明,当原子中的电子层均被排满时, 原子没有磁矩。只有原子中存在着未被排满的 电子层时,由于未被排满的电子层电子磁矩之 和不为零,原子才具有磁矩,这种磁矩称为原 子的固有磁矩。
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1. 原子结构的影响
所有的碱金属都是顺磁性的。碱土金属 (除Be外)也都是顺磁性的,以上两族金属元 素在离子状态时都与惰性气体相似,具有相 当的抗磁磁矩,但由于电子产生的顺磁性占 主导地位,故表现为顺磁性。稀土金属顺磁 性较强,磁化率较大,主要是因为这些元素 的原子4f层和5d层没有填满,存在着未能全 部抵消的自旋磁矩。
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4. 合金成分与组织的影响
当形成两相合金时, 在两相区范围内,其磁化 率随成分的变化呈直线关 系。
根据这些关系,结合 相图可对应画出磁化率随 成分的变化规律,如右图 所示:
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三、抗磁与顺磁磁化率的测量及应用
1. 用磁称法测量磁化率
由于抗磁与顺磁磁化率都很小,所 以要用较灵敏的测量方法,通常采用磁 称法进行测量,磁称也称为磁天平。
20XX年复习资料
大学复习资料
专 业: 班 级: 科目老师: 日 期:
第九章 材料的磁学性能
磁性材料具有能量转换、存储或改 变能量状态的功能,被广泛使用于计算 机、通讯、自动化、影像、仪器仪表、 航空航天、生物等技术领域,是重要的 功能材料。
材料磁学性能(材料科学基础)

h
2
(3)磁感应强度
真空
B。=。H 。
B 磁感强度(Wb·m-2) (magnetic flux density)
H 磁场强度(A·m-1)(magnetic field strength)
0 真空磁导率,4×l0-7(H/m) (亨/米)
介质 B0(HM )HM: 磁化强度
h
3
(4)磁化率 χ(magnetic susceptibility)
➢ 不具“永久磁矩” :原子各层都充满电子(电子自旋磁矩相互抵消)
如锌(3d104s2),具有各层都充满电子的原子结构,其电子磁矩相互 抵消,因而不显磁性。
h
5
(2)“交换”作用
铁具有很强的磁性,这种磁性称为铁磁性。铁磁性除与电子结构有关外, 还决定于晶体结构。
处于不同原子间的、未被填满壳层上的电子发生特殊的相互作用,这种 相互作用称为“交换”作用。这是因为在晶体内,参与这种相互作用的电子 已不再局限于原来的原子,而是“公有化”了,原子间好象在交换电子,故 称为“交换”作用。
由这种“交换”作用所产生的“交换能”J与晶格的原子间距有密切关系。 当距离很大时,J接近于零,随着距离的减小,相互作用有所增加。 J为正值,就呈现出铁磁性,J为负值,就呈现出反铁磁性。
a:原子间距 D:未被填满的电子壳层直h 径
a/D >3时 交换能为正值, 为铁磁性 a/D <3时 交换能为负值, 为反铁磁性
材料的磁学性能-材料性能学-金属力学性能-课件-北京工业大学-09

§9.2材料的抗磁性与顺磁性
第二节 材料的抗磁性与顺磁性
一、材料抗磁性与顺磁性的物理本质
M 顺磁
0
抗磁
H
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
1.抗磁性
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,χ<0。 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。 电子循轨运动所产生的轨道磁矩为 ml=0.5eωr2。 式中:e为电子电荷;ω为电子循轨运动的角速度;r为轨道半 径。 电子循轨运动的受力状态如图。
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.1材料的基本磁学性能
3.磁感应强度
任何物质被磁化时,由于内部原子磁矩的有序排列,除了外磁场外 还要产生一个附加磁场。在物质内部,外磁场H和附加磁场H’ 的和乘以
μ0 称为磁感应强度B,单位为韦伯/米2(Wb/m2)。
亦即,通过物质内部磁场中某点,垂直于磁场方向单位面积的磁力 线数。它与磁场强度H 的关系是 B=μ0(H+H’) 或 B=μ0(H+M) B=μ0(1+χ)H=μ0μrH=μH 式中μr为相对磁导率;μ为磁导率或导磁系数,它反应了磁感应强度B 随外磁场H变化的比率(或速率)。
χ=C’/(T+Δ)
式中C’是常数,Δ对某一种物质也是常数,其值可大于0和小于0。 铁磁性物质在居里点以上是顺磁性的,其磁化率大致服从居里—外斯 定律,这时的Δ为-θ,θ表示居里温度。
材料性能
第九章材料的磁学性能
§9.2材料的抗磁性与顺磁性
3.相变及组织转变的影响
材料发生同素异构转变,由于晶格类型及原子间距发 生了变化,会影响电子运动状态而导致磁化率的变化。例 如, 正方晶格的白锡转变为金刚石结构的灰锡时,磁化率 明显变化。但影响的规律比较复杂。 加工硬化使金属的原子间距增大而密度减小,从而使 材料的抗磁性减弱。例如,当高度加工硬化时,铜可以由 抗磁变为顺磁。退火与加工硬化的作用相反,能使铜的抗 磁性重新得到恢复。 材料性能 第九章材料的磁学性能
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。
材料性能学 磁学性能

两个磁极间的区域中的 Francis Bitter图样
磁化钢针
• 视频
磁化时的物理量
磁场强度 H :外加磁场的强度(A/m);
磁性来自何处? 它是自古就有的吗? 它和地质状况有什么联系? 宇宙中的磁场又是如何的?
• 法国的科学家高斯尔·胡洛特发现:地球两极处形成两个巨大的旋涡,
旋转的旋涡增生和扩散后产生的新磁场,削弱原磁场。
• 是地球磁场暂时衰弱,或磁极即将反转的信号? • 地球在450万年里,发生 4 次反转。
第二节 抗磁性与顺磁性
➢ 公元1世纪,东汉,王充在<<论衡>> 中写道:“司南之杓,投之于地,其 柢指南”。
➢ 司南鱼
➢ 公元11世纪,北宋,沈括在<<梦溪笔谈 >>中提到了指南针的制造方法:“方家以 磁石磨针锋,则能指南......水浮多荡摇, 指抓及碗唇上皆可为之,运转尤速,但坚 滑易坠,不若缕悬之最善。”同时,他还 发现了磁偏角,即:地球的磁极和地理的 南北极不完全重合。
真空磁导率μ0 :在单位外磁场强度下真空中的磁感应强度: 0 B0 H
因为: M H 则: B 0 1 H
相对磁导率μr : r (1 ) (H/m) 磁导率μ: 0r 在单位外磁场强度下的磁感应强度: B H
B H
物理意义:表征磁感应强度B随(外)磁场强度H(或外电流I)变化的速率 (磁化的快慢)
磁制冷材料
第一节 磁学的基本概念及磁学量
物质的磁化现象
磁化定义
第一节 磁性基本概念
材材料物理性能第二章

第一节 磁性基本量及磁性分类
一、磁化现象和磁性的基本量 二、物质磁性的分类 三、磁化曲线和磁滞回线
一、磁化现象和磁性的基本量
图2-1 五类磁体 的磁化曲线示意图
二、物质磁性的分类
(1) 抗磁体 磁化率χ为很小的负数,其绝对值大约在10-6数量级。 (2) 顺磁体 磁化率χ为正值,约为10-3~10-6。 (3) 铁体 在较弱的磁场作用下,就能产生很大的磁化强度。 (4) 亚铁磁体 这类磁体类似于铁磁体,但χ值没有铁磁体那样大,如磁铁 矿(Fe3O4)、铁氧体等属于亚铁磁体。 (5) 反铁磁体 χ是小的正数,在温度低于某温度时,它的磁化率随温度升 高而增大,高于这个温度,其行为像顺磁体,如氧化镍、氧化锰等。
二、抗磁性
原子磁性的研究表明,原子的磁矩取决于未填满 电子壳层的电子轨道磁矩和自旋磁矩。对于电子 壳层已填满的原子,电子轨道磁矩和自旋磁矩的 总和等于零,这是在没有外磁场的情况下原子所 表现出来的磁性。当施加外磁场时,即使对于那 种总磁矩为零的原子也会显示磁矩,这是由于外 加磁场感应的轨道磁矩增量对磁性的贡献。
三、磁化曲线和磁滞回线
图2-2 铁的磁化曲线和磁滞回线 a)铁的磁化曲线 b)铁的磁滞回线
第二节 抗磁性和顺磁性
一、原子本征磁矩 二、抗磁性 三、顺磁性 四、金属的抗磁性和顺磁性 五、影响金属抗磁性与顺磁性的因素
一、原子本征磁矩
材料的磁性来源于原子磁矩。根据近代物理的观 点,组成物质的基本粒子(电子、质子、中子等) 均具有本征磁矩(自旋磁矩),同时电子在原子内 绕核运动以及质子和中子在原子核内的运动也要 产生磁矩。这些磁性的小单元称为物质的元磁性 体。原子磁矩包括电子轨道磁矩、电子的自旋磁 矩和原子核磁矩三部分。实验和理论都证明原子 核磁矩很小,只有电子磁矩的几千分之—,故可 以略去不计。