高中物理竞赛—电磁学(详版)-第四章 电磁介质4.5各种磁介质(共20张PPT)

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

周长
dA
I0dt
I0
d dt
dt
I0d
H
nI0, n
N l
dA
I 0 d
H Nl
NSdB
SlHdB
VHdB
da dA HdB V
a da HdB 磁滞回线所包围的“面积” 磁滞回线 磁滞回线
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
铁磁质 磁化机制
自发磁化区
近代科学实验证明,铁磁质的磁性主要来源于电子 自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中电子自 旋磁矩可以在小范围内“自发地”排列起来,形成 一个个小的“自发磁化区”——磁畴
磁电阻材料(MR): R / R ~ 2% 6%
巨磁电阻效应(简称GMR) R / R达到 50%
超巨磁电阻材料
R / R ~ 103 ~ 106
在小型化的 微型化高密度磁记录读出磁头、随机存储器和 微型传感器中获得重要应用
液体磁性
既具有固体的强磁性,又具有液体的流动性
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
宏观铁磁体的尺寸减小到介观尺度
此时磁性材料不再是具有畴壁的多磁畴结构, 而是没有畴壁的单畴结构,单畴的临界尺度大 约在纳米级范围,例如铁(Fe)的球形颗粒产 生 单 畴 的 临 界 直 径 为 28nm , 钴 (Co) 为 240nm 。
由于热扰动的影响,使这些磁有序物质系统表 现出特别的磁性质,如类似顺磁性的超顺磁性
在外磁场撤消后,铁磁质内掺杂和内应力或因为 介质存在缺陷阻碍磁畴恢复到原来的状态
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
磁 畴
a 片形畴(L=8微米); b 蜂窝畴(L=75微米); c 楔形畴 图 几种铁磁材料的磁畴结构,其中a、b为Ba铁氧体单晶基面上的 磁畴结构,L为晶体厚度;c 为钴的两个晶粒上的磁畴结构
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
外磁场对电子轨道运动的影响 p240
外磁场作用在一个抗磁原子上,考虑电子的轨 道运动(设电子角速度平行于外磁场)
求无外磁场时的角速度 0(电子只受库仑力)
Ze2
4 0r 2
m
2 0
r
0
(
Ze2
1
)2
4 0mr3
加外磁场B0,电子受库仑力、洛伦兹力(指向中 心),假设轨道的半径不变(相当于定态假设),设
抗磁质
有外场
m分子0 m分子0
抗磁质
抗磁质分子的固有磁矩m分子= ml+ ms=0 不存在由非零的分子固有磁矩规则取向引
起的顺磁效应。磁性来源? 抗磁质磁性起源于电子轨道运动在外磁场
下的变化 电子轨道运动为什么会变化?原因:在外
磁场下受洛伦兹力
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
分子磁矩的由来
的变化总是落后于H的变 化,这一现象称为磁滞现 象;上述曲线叫磁滞回线。
P244
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
磁滞损耗
当铁磁质在交变磁场作用下,反复磁化是由 于磁滞效应,磁体要发热而散失热量,这种 能量损失称为磁滞损耗。
可以证明:B-H图中磁滞回线所包围的“面 积”代表在一个反复磁化的循环过程中单位 体积的铁芯内损耗的能量
磁头: 写入过程中:磁头将电信号——磁场 读出过程中:将磁记录介质的磁场— —转变为电信号 磁记录介质:内存、外存、磁盘和磁 带等
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
磁性功能材料
压磁材料也叫磁致伸缩材料
铁磁质磁畴中磁化方向改变会导致介质中晶格间距的改变
磁电阻材料
磁场可以使许多金属的电阻发生改变,这种现象称为磁电阻 效应,相应的材料为磁电阻材料(MR)
参考书目
《纳米材料和纳米结构》 张立德 牟季美 科学出版社
《固体物理基础》阎守胜 北京大学出版社 (比较深)
《当代磁学》李国栋 编著 科大出版社
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
谢谢观看!
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
影响铁磁质磁性的因素
温度对磁性有影响——居里点高过居里点铁磁性就消失,变 为顺磁质。如纯铁的居里点为1043K,镝的居里点为89K;
强烈震动会瓦解磁畴
尺寸影响磁畴结构性——介观尺度下有新现象
介观尺度:即介于宏观尺度与微观尺度之间,一般为0.1—— 100nm
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
有的 起始磁导率大,适合用 于弱电
硬磁材料
BR大,HC大, HC:104~106A/m; 磁滞回线胖,磁滞损耗大;
撤外场后,仍能保持强磁性。
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
磁性材料在信息技术中的应用
随着信息时代的到来,多种磁性材料在信息高新技 术中获得广泛而重要的应用
磁记录:主要有存储装置和写入、读出设备。存储 装置是用永磁材料制成的设备,包括磁头和磁记录 介质
关系。实验表明,M和H间的函数关系 比较复杂,且与磁化的历史有关。 铁磁质的M与H、B的关系通常通过实验 测定 起始磁化曲线:Ms、Bs 分别为饱和磁化强度和 饱和磁感应强度 M~H、B~H之间的关 系是非线性和非单值的
铁磁质
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
磁滞回线
MR:剩余磁化强度 BR: 剩余磁感应强度 HC:矫顽力。 在上述变化过程中,M和B
磁滞回线越胖,曲线下面积越大,损耗越大;
磁滞回线越瘦,曲线下面积越小,损耗越小 证明 p245,算电源要抵抗感应电动势做功
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
证明以有闭合铁芯的螺绕环为例
设t时刻介质处于某一磁化状态P, 此处H>0,B>0
dt内, P——P’ ,铁心中磁通改变
量为d
电源抵抗感应电动势做功 NSB
2020高中物理竞赛
电磁学
各种磁介质
磁介质分类
弱磁性:顺磁质、抗磁质 强磁性:铁磁质
一般有两类分子 顺磁质 无外场
分子磁矩 m分子= ml+ ms=0 m分子=0 分子磁矩 m分子= ml+ ms 0 m分子=0
顺磁质的磁化
分子在外磁场作用下趋向于外磁场排列 热运动与磁场作用相抵抗
与同类常规块状磁体相比,纳米量级材料的居 里温度低,矫顽力高。
磁性液体:用表面活性剂处理过的超细磁性微粒 高度分散在载液中形成一种磁性胶体溶液,呈现 出超顺磁性
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
磁性材料的分类及其应用
按矫顽力大小分类
软磁材料
HC小,磁滞回线瘦,磁滞损 耗小;
有的BR小,通电后立即磁化 获得强磁场,断电立即退磁, 适合用于强电
自发磁化的原因是由于相邻原子中电子之间存在着 一种交换作用(一种量子效应),使电子的原子磁 矩平行排列起来而达到自发磁化的饱和状态
单晶和Baidu Nhomakorabea晶磁畴结构的示意
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
磁化过程示意
等于每个磁畴中 原有的磁化强度
a:未磁化时状态 b:畴壁的可逆位移阶段—OA段 c:不可逆的磁化——AB段 d:磁畴磁矩的转动——BC段 e:趋于饱和的阶段——CS段
洛伦兹力远小于库仑力 0 , 0
Ze2
4 0r 2
erB0
m 2r
2
2 0
20
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
erB0
m0r 2
eB0
m0
e
洛伦兹力远小 于库仑力,高 阶无穷小,略
Ze2
4 0r 2
e0rB0
erB0
m02r
2m0r
eB0
2m
考虑电子角速度反平行于外磁场,有同 样结论,的方向总是与外磁场B0相同
在原子或分子内,一般不止有一个电 子
分子磁矩:所有电子的轨道磁矩和自
旋磁矩的矢量和m分子= ml+ ms=0
电子轨道磁矩 ml iSn
i e ev e T 2r 2
e
ml 2m LeL
电子自旋磁矩
mS
e S m
与角动量方向相反
若所有电子的总角动量(含轨道和自旋)为零,抗磁
所有电子的总角动量(含轨道和自旋)不为零 ,顺磁
电子角速度改变将引起电子磁矩改变
总是与外 磁场方向
相反
m
er 2 2
ω
e2r2 4m
B0
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
0与B成任何角度
当介质处于磁场中时,每个电子磁矩都受到 磁力矩的作用 MB m B0
2004.4
北京大学物理学院王稼军编
特点
其中M的值相当大; M与H不成正比关系,甚至也不是单值
相关文档
最新文档