第九章 磁卡效应材料
磁性材料及其应用ppt课件
消费类电子产品领域 微型马达 扬声器 耳机 麦克风
电器领域
便携式电动工具电机 家用电器 电机
工业自动化领域 磁耦合器 伺服电机
工业产品领域
磁分离器 磁起重设备
ppt课件
15
☆新型磁性材料的分类：
永磁材料 软磁材料 磁记录材料 特殊功能的磁性材料
磁弹性材料
磁电阻材料
磁制冷材料
磁流体
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磁记录媒体的分类：
磁带 磁盘 磁卡
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磁带结ppt构课件 图示
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ppt课件
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磁盘结构
磁记录介p质pt课件 磁头
36
4.4 Mbyte IBM RAMAC 1955 2 kbits/in2 50x24” dia disks
80 Gbyte
Seagate U series 2001
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各种规格的圆片形烧结NdFeB 永磁材料
各种未经表面保护处理的烧结 NdFeB永磁材料
尺寸范围：外径Ф2mm－Ф160mm；
厚度：0.3mm－60mmppt课件
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喷涂处理的烧结NdFeB永磁体
各种管状烧结NdFeB永磁材料 尺寸范围：
外径：
ppt课件 Ф3mm~Ф160mm；
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圆柱形的烧结NdFeB永磁体
磁导率用来表示媒介质导磁性能的物理量，用 表示。
的单位是：亨利/米(H/m)。 不同的物质磁导率不同。
在相同的条件下， 值越大，磁感应强度 B 越大，
磁场越强； 值越小，磁感应强度 B 越小，磁场越弱。
真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示 0 = 4 107 H/m
磁场3磁介质
(2)电子自旋磁矩 实验证明：电子有自旋磁矩(spin magnetic moment) ps = 0.92710-23 Am2
自旋磁矩和自旋角动量S 的关系
e )S pS = ( m
(3)分子磁矩 p分 =[ 所有电子(pm + ps)] + p核 p核 — 核(自旋)磁矩 分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩与 所有核磁矩的矢量和。 顺磁质：分子固有磁矩不为0 抗磁质：分子固有磁矩为0
推导磁化电流与磁化强度的关系： 则套住 dl 的分子电流： 设分子浓度为 n，
磁介质 S
dl dl
放大Biblioteka S分 MdI n i分 (S分 cos dl )
M dl
i分
M dl cos
I M dl
L
与S的整个边界L相套住的分子电流
磁介质表面外法 线单位矢量
§9-3 磁介质中的磁场
磁场中有介质存在时， 总磁场有所不同， 出 现了磁化电流I s 和附加磁场B
一.有磁介质时磁场的高斯定理 磁化介质内的附加磁场B´ 仍为涡旋场。因此有磁介质存 在时，磁场的高斯定理仍成立 二.有磁介质时的安培环路定理
B dl μ 0 I i
一.磁化强度矢量M
反映磁化程度强弱的物理量
pm pm V
顺磁质pm 0(可略去)； 抗磁质pm 0(固有磁矩为零) 真空M 0(无磁介质) M 恒矢量（均匀磁化）
M
M 的单位:A/m 顺磁质 M与B方向一致（B与B0也同向） 有极分子 抗磁质 M与B方向相反（B与B0也反向） 无极分子
电流表 A
磁性材料的典型效应及其应用
磁性材料的典型效应及其应用摘要：今天在生产领域被广泛应用了磁性材料不仅种类繁多并且应用广泛的一种材料。
随着科学技术的进步，带动了信息、计算机、光纤技术等多种先进技术的发展，于是例如磁性液体、磁性光子晶体、磁光薄膜、磁光玻璃等多种磁性材料相继出现。
此文就是针对磁光材料以及磁性效应进行分析研究。
并且列举了磁性材料在实际应用中的表现。
关键词：磁性材料、磁致伸缩效应、法拉第效应、克尔效应、磁热效应、压磁效应引言通常来说不同的物体具有不同的磁性，物质都具有反铁磁性和亚铁磁性，根据物质磁性程度不同，其磁性可以依次排序：顺磁性、抗磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性几种磁性。
这几类中又分为强磁性物质和弱磁性物质，而我们经常说的磁性材料多为强磁性。
再次向材料的分支下又出现磁光效应，俗称磁光学。
一、磁性材料的几种常见效应1.1 磁力效应这一效应又包含着磁致伸缩效应和压磁效应。
所谓磁致伸缩效应就是磁性材料在一定的条件下晶格间距发生了改变，进而体积和长度在磁化过程中发生了改变。
而压磁效应就是在磁致伸缩效应发生过程中的相反作用下产生的，因为磁性材料被施加了压力或拉力，这种物质被称为压磁体。
对现如今大多数磁性材料来说，磁致伸缩对物质的形变产生的影响较小，但是由于对磁性材料的深入研究发现了一些非晶体材料或在低温下产生磁致伸缩效应的物质会产生较大的形变。
电致伸缩是一种语磁致伸缩效应相类似的效应，他在音箱探测仪、超声波洗涤灭菌和打孔、焊接等方面应用广泛，并且也可以用来制作多种电器，因为这样磁性材料也有磁声效应，磁滞伸缩效应也有另一个作用就是能够用来制作传感器，但是也会受这种效应的影响在工作中会产生噪音。
1.2 磁热效应磁热效应的产生是由于某些磁性材料在受热加温的情况下，随着温度而产生的一种效应就称为磁热效应。
但是如果隔绝磁性材料接触温度的情况下，磁过程会逐渐降低，这就产生了另一种效应被称为磁致冷效应。
要想达到绝热的目的，就需要采取磁制冷技术。
磁性材料概述与应用 ppt课件
磁性材料概述与应用
SmCo系合金（SmCo5,Sm2Co17)：耐高温稀土 永磁。SmCo5：第一代稀土永磁，上世纪60年代 ；Sm2Co17：第二代稀土永磁，上世纪70年代。 Sm2Co17的工作温度可达350oC。 其缺点是含有较多
的金属钴(～ w(Co)66%)和蕴藏 量稀少的稀土金属 元素Sm。原材料 昂贵，受到资源与 价格的限制。 主要应用于高端领 域。
硬盘驱动器音圈 电机（VCM）
混合动力汽车
磁性材料概述与应用
The number of magnets in the family car has increased from one in the 1950's to over thirty today.
1921：奥地利，泡利提出玻尔磁子作为原子磁 矩的基本单位。美国，康普顿提出电子也具有 自旋相应的磁矩。
1928：英国，狄拉克用相对论量子力学完美地解 释了电子的内禀自旋和磁矩，并与德国物理学家 海森伯一起证明了静电起源的交换力的存在，奠 定了现代磁学的基础。
1936 ： 苏 联 ， 郎 道 完 成 了 巨 著 “ 理 论 物 理 学 教 程”，其中包含全面而精彩地论述现代电磁学和 铁磁学的篇章。
自旋磁矩
B
eh
2m
si(si 1)2B
si(si 1)
si,自旋角动量量子数
原子总磁矩
原子的总磁矩应是按照原子结构 和量子力学规律将原子中各个电子 的轨道磁矩和自旋磁矩相加起来的 合磁矩. 注:原子核自旋磁矩仅是电子磁矩 的1/1836.5, 忽略不计.
电子的填充方式对磁矩的影响：
当原子中某一电子层完全被电子填满时，该电子层 的电子云在空间的分布呈球形对称，这时其电子循 轨磁矩和自旋磁矩都互相抵消，即该层电子磁矩对 原子磁矩没有贡献。因此惰性元素没有固有磁矩。
第9章 磁场中的磁介质
H a P•
B b
c
H H dr ab dr Hl
L
环路定理
d
l
nlI
B H 0 r nI
dI d j dr dr
5 . 磁 畴（magnetic domain）
铁磁质的起因可以用 “磁畴”理论来解释。
磁导率
0 r
引入磁场强度H与在静电场中存在电介质时 引入辅助量电位移D的情形是很相似。
磁介质中的安培环路定理
l
L
B dl 0 I 0 i'
L L
l
B dl 0 I 0 M dl
l ( 0 M ) dl I B H M 0 B
m ISen
m
r
m
ev m evr e e 2 m IS Sr L 2r 2m e 2me
轨
角动量
L m vr
e
与量子力学结果相同
电 e 子 m自 自 me 2 旋
普朗克常量
1.05 10 34 J s
m自 9.27 10
3.磁化强度与磁化电流的关系
dI ' na idr cos
2
dr
由于a i m , M nm
2
dI ' M cosdr M dr
a2 结论
r
dI ' j' M cos M dr
面磁化电流密度
面磁化电流密度等于
该表面处磁介质的磁化强 度沿表面的分量.
§9-1 磁介质对磁场的影响 磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质 1. 物质磁性的概述
磁力材料的原理及应用
磁力材料的原理及应用1. 磁力材料的基本概念磁力材料是指能够自发地产生和保持磁性的材料。
磁性是指物质在外部磁场作用下表现出的磁化性质。
常见的磁力材料包括铁、镍、钴等金属，以及氧化铁、钡铁氧体等化合物。
2. 磁力材料的分类磁力材料可以根据磁性的来源进行分类，主要分为软磁性材料和硬磁性材料两大类。
2.1 软磁性材料软磁性材料具有高导磁率和低矫顽力的特点，适用于变压器、电感器等应用中。
常见的软磁性材料包括硅钢片、镍铁合金等。
2.2 硬磁性材料硬磁性材料具有高矫顽力和高保持力的特点，适用于磁头、磁卡等应用中。
常见的硬磁性材料包括钕铁硼磁体、铁钴硼磁体等。
3. 磁力材料的原理磁力材料的原理可以通过微观层面的磁性理论来解释。
根据磁性理论，物质的磁性是由其内部原子或离子的磁矩所决定的。
当磁力材料处于无外部磁场的状态时，其磁矩会随机分布，造成整体磁矩的平均为零，表现为无磁性。
当外部磁场作用于磁力材料时，磁矩会受到磁场力的作用而发生取向，从而产生自发磁化。
软磁性材料的磁矩易于在外部磁场下重新取向，从而产生高导磁率的性质。
而硬磁性材料的磁矩则很难在外部磁场下重新取向，因此具有较高的矫顽力和保持力。
4. 磁力材料的应用磁力材料在电子、通信、能源等领域中有着广泛的应用。
4.1 变压器和电感器软磁性材料的高导磁率使其非常适用于变压器和电感器中。
变压器利用软磁性材料的高导磁率来提高电能的传输效率。
电感器则利用软磁性材料的高导磁率和低损耗特性来实现电能的存储和反馈控制。
4.2 磁存储设备硬磁性材料的高矫顽力和保持力使其成为磁存储设备中的重要材料。
磁头和磁卡等设备利用硬磁性材料来存储和读取数据，实现数据的快速访问和传输。
4.3 电动机和发电机磁力材料在电动机和发电机中也有着广泛的应用。
电动机利用磁力材料的磁特性来实现能量的转换和传输。
发电机则利用磁力材料的磁特性来将机械能转化为电能。
4.4 磁性传感器磁力材料还可以用于制造磁性传感器。
材料的磁性能与磁性功能材料幻灯片PPT
磁畴壁示意图
居里温度：对于所有的磁性材料来说，并不是在任何温
度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一个临界温度 Tc，在这个温度以上，由于高温下原子的剧烈热运动， 原子磁矩的排列是混乱无序的。在此温度以下，原子磁 矩排列整齐，产生自发磁化，物体变成铁磁性的。
应用举例：〔电饭煲的控制〕
磁学根本概念：
材料的磁性能与磁性功能 材料幻灯片PPT
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磁学初步认识：
• 磁学现象的两个根本命题：
3、铁磁体，χ为很大的正数，在较弱磁场作用下可 以产生很大的磁化强度，如铁、钴、镍。
4、亚铁磁体，χ处于铁磁体与顺磁体之间，即通常 所说的磁铁矿、铁氧体等。
5、反铁磁体， χ为小正数，高于某一温度时其行为 与顺磁体相似，低于某一温度磁化率与磁场的取向有 关。
铁磁性材料 M
亚铁磁性材料
顺铁性材料 反铁磁性材料 H
• 1 磁及磁现象的根源是电流，或者说是电 荷 的运动。
• 2 所有的物质都是磁性体
电流(或运动电荷)
磁场 电流(或运动电荷)
安培分子电流学说： 组成磁铁的每个分子都具有一个小的分 子电流，经过磁化的磁铁其小分子电流 都定向规那么排列。
现代科学认为物质的磁性来源于组成物质中 原子的磁性： 1 原子中外层电子的轨道磁矩 2 电子的自旋磁矩 3 原子核的核磁矩
抗铁磁性材料
五种磁体的磁化曲线示意图
磁饱和性
磁性物质因磁化产生的磁场是不会无限制增加的，当 外磁场(或鼓励磁场的电流)增大到一定程度时，全部 磁畴都会转向与外场方向一致。这时的磁感应强度将 到达饱和值。
第九章 磁场中的磁介质
I m s :分子磁矩的大小 I m s n：磁化强度的大小 dI ’= M dl cosθ θ
I′ =
∫
l
v v M ⋅ dl
均匀磁介质或均匀磁化的磁介质中，体磁化电流密度为零。 均匀磁介质或均匀磁化的磁介质中，体磁化电流密度为零。 面束缚电流密度 j ’ 定义： 定义：
v v dI ′ = M ⋅ dl
× × × × × ×
v B
L
的金属圆柱体， 例：长直单芯电缆。芯为半径为 R 的金属圆柱体，它与 长直单芯电缆。 导电外壁间充满相对磁导率为µ 的均匀介质。 导电外壁间充满相对磁导率为 r 的均匀介质。现有电流 I 均匀地流过芯的横截面并沿外壁流回， 均匀地流过芯的横截面并沿外壁流回，求：磁介质中的磁 感应强度的分布。 感应强度的分布。
B H
o 有记忆能力 可做永久磁铁、 可做永久磁铁、 记录磁带、 记录磁带、 计算机的记录元件
4 居里点 温度升高到一定值，铁磁质变为顺磁质，这一温度为~. 温度升高到一定值，铁磁质变为顺磁质，这一温度为
磁场的边界条件 1. 磁场强度
r r 无自由电流） H ⋅ dr = 0 （无自由电流） r r H ⋅ dr = H 1 t ∆ l − H 2 t ∆ l = 0
dl I’
dI ′ j′ = = Mdl cos θ dl
= M cos θ = M
l
l
v §3 H 的环路 定理
v µr − 1 v M = B
v (1) 磁场强度 H
v 定义： 定义： H = v B
µ 0µ r
µ0
v − M
v H =
µr − 1 v B − µ0 µ 0µ r
v B
单位： 单位：A/m
磁性材料小论文
磁性材料之磁卡姓名：专业：学号：2010年12月23日星期四磁性材料之磁卡摘要：磁卡的使用已经有很长的历史了。
由于磁卡成本低廉，易于使用，便于管理，且具有一定的安全特性，因此它的发展得到了很多世界知名公司，特别各国政府部门几十年的鼎立支持，使得磁卡的应用非常普及，遍布国民生活的方方面面。
打电话可以用磁卡，坐飞机检票可以用磁卡，等等，值得一提的是银行系统几十年的普遍推广使用使得磁卡的普及率得到了很大的发展。
本文将会从磁卡的概念；磁卡的发展历史；我自己常用的一些磁卡；磁卡的中关于磁方面的理论知识；简单介绍刷卡机；磁卡的缺点；磁卡的发展前景；磁卡的现实功用；提醒大家一些磁卡的使用盲区八个方面完整介绍磁卡的相关知识。
关键字：磁卡，磁性材料，信用卡磁卡是利用磁性载体记录英文与数字信息，用来标识身份或其它用途的卡片。
一种卡片状的磁性记录介质，与各种读卡器配合作用。
磁卡是利用磁性载体记录了一些信息，用来标识身份或其它用途的卡片。
视使用基材的不同，磁卡可分为PET卡、PVC卡和纸卡三种；视磁层构造的不同，又可分为磁条卡和全涂磁卡两种。
磁卡使用方便，造价便宜，用途极为广泛，可用于制作信用卡、银行卡、地铁卡、公交卡、门票卡、电话卡；电子游戏卡、车票、机票以及各种交通收费卡等。
今天在许多场合我们都会用到磁卡，如在食堂就餐，在商场购物，乘公共汽车，打电话，进入管制区域等等，不一而足。
磁卡是一种磁记录介质卡片。
它由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成,能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。
通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。
磁卡是一种磁记录介质卡片。
它由高强度、耐高温的塑料或纸质涂覆塑料制成，能防潮、耐磨且有一定的柔韧性，携带方便、使用较为稳定可靠。
通常，磁卡的一面印刷有说明提示性信息，如插卡方向；另一面则有磁层或磁条，具有2-3个磁道以记录有关信息数据。
9.6磁卡效应材料2011
在主动式磁制冷机的低温端和高温端之间有主动式蓄冷材 料AMR，也是磁制冷工质，内部有热交换介质循环。 当热交换介质在低温端时，进行绝热磁化，然后移动活塞 使热交换介质从低温端移到高温端，用高温端排热的热交换器 排除热交换介质，从AMR获得热量，然后热交换介质在高温端 进行绝热退磁，移动活塞使得热交换介质从高温端移向低温端， 热交换介质被AMR冷却，用低温端的吸热使交换器吸热。
9.6.2.2 磁卡效应的测量
1、绝热退磁测量 、 将样品在T1的等温状态下加磁 场到H>0，磁熵将降低∆S(T1, H)， 再绝热低将磁场降到0，样品的总 熵不变化，但温度下降到T2时， ∆Tad=T1-T2就是样品的磁卡效应。 ∆Tad是材料的主要磁制冷性能 指标。
绝热退磁原理
2、从比热容测量推出磁熵值 、 测量在一定压力下的比热容，根据比热容的热力学定义：
∆T (T , B ) = T ( S ) B − T ( S ) 0
通过在磁场中比热容的测量可以同时得到材料的磁熵变化 值∆S(T, B)和磁卡效应∆T(T, B)。 用比热容测量和直接法得到Gd的∆T(T, B)相差约7%。 3、从磁化曲线测量推出磁熵变化值 、 由磁化曲线可以推出样品在磁场从0变化到B时的磁熵改变 值。测出居里温度附近各温度下的磁化曲线后，可用以下公式 近似地计算磁熵变化：
2、热振动熵 SL 、 磁性材料中由晶格热振动引起的晶格系统的比热容CL可 用德拜近似来考虑：
9 Nk CL = 3 xD x 4e x dx 2 x (e − 1)来自∫xD0
式中xD=θD/T；θD为德拜温度。 晶格系统的振动熵SL可以用比热容积分求得：
S L = ∫ (C L / T )dT
0 T
9.6.2.4 磁制冷工质
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9.1.3 室温磁制冷机 9.1.4 磁制冷工质
（1）低温区域 （2）高温区域
9.2 磁性蓄冷材料及其应用
9.2.1磁性蓄冷材料的工作原理 9.2.2磁性蓄冷材料选择原则 9.2.3稀土磁性材料的蓄冷性能
9.2.1磁性蓄冷材料的工作原理
9.2.2磁性蓄冷材料选择原则
根据统计物理，对于Ｎ个有效总角动量量子数为Ｊ的磁性离 子，从完全有序变为完全无序时磁熵变化为： (9-8) ∆S J = Nk ln(2 J + 1) 当基态和二级以上的激发态的能量间隔远大于我们感兴趣的 低温区间时，可以仅仅考虑基态和一级激发态，用下列公式来近 似计算肖特基比热容 ：
(9-6)
则可以推出样品的磁卡效应∆Ｔ。
（３）从磁化曲线测量推出磁熵变化值 在测出居里温度附近各温度下的磁化曲线后，可以用以 下公式近似地计算磁熵变化： (9-7) M (T , B) − M (T , B)
∆S (T , B) = ∑
i
i +1
i +1
i
i
Ti +1 − Ti
∆B
这里 M i +1 (Ti +1 , B) 和 M i (Ti , B) 分别代表在温度为 Ti +1 ，T i 时磁场为Ｂ时的磁化温度。
cS = N kB X
2
d1 exp(− X ) (9-9) 2 d0 d1 1 + exp(− X ) d0
这里， 0 和 d1分别是基态和一级激发态简并度，X = ∆E / k BT， d ∆E是基态和一级激发态的能量间隔。
选择磁性蓄冷材料的基本原则： 1、单位体积内含的磁性离子数尽可能多； 2、材料的Ｊ值尽可能大，且基态简并度尽可能高， 基态和激发态的能级差尽可能小，以便得到大的 低温比热容; 3、为了使磁性比热容可以被低温制冷机利用，磁性 转变温度必须在4~30K左右； 4、为了在磁性转变之后的高温区也有大的比热容， 要求材料的晶格比热容大，德拜温度尽可能低。
T
即系统的吸热或放热与它的熵变∆Ｓ成正比。 利用热力学的麦克斯韦关系式，可推导出磁熵ＳＪ与温度Ｔ、 外加磁场Ｈ产生的磁感应强度Ｂ和磁化强度Ｍ之间的关系： (9-2) ∂S J ∂M
= ∂B T ∂T B
这里Ｂ＝µ０Ｈ。
在等温过程中，外加磁场变化时产生的磁熵变化为：
∆S J (T , B ) = ∫
B
0
∂M dB ∂T B
(9-3)
磁性物体中由晶格热振动引起的晶格系统的比热ｃＬ可 用德拜近似来考虑：
9 Nk cL = 3 xD
式中
∫
xD
0
e x − 1) (
x 4e x
2
dx
（9-4）
θ D ——德拜温度
xD = θ D / T
9.1.2 磁卡效应的测量方法
材料的磁熵变化值和磁卡效应∆Ｔ可以从绝热退磁量， 比热容测量，磁熵测量中得到。 （１）绝热退磁测量 （２）从比热容测量推出磁熵值 测量在一定压力下的比热容，根据比热容的热力学定 义：
S (T , B ) = ∫
用公式
T
0
c (T , B ) dT T
(9-5)
∆T ( B , T ) = T ( S ) B − T ( S ) 0
第九章 磁卡效应材料
9.1 磁致冷材料及其应用
9.2 磁性蓄冷材料及其应用
9.1磁致冷材料及其应用
9.1.1 磁致冷原理 9.1.2 磁卡效应的测量方法 9.1.3ຫໍສະໝຸດ 室温磁制冷机 9.1.4 磁制冷工质
9.1.1 磁致冷原理
根据热力学第二定律，对于温度为Ｔ的一个系统，在等温 下给以热量∆Ｑ时，该系统的熵变∆Ｓ可以表示为： ∆Q (9-1） ∆S =
9.2.3稀土磁性材料的蓄冷性能