E物质的磁性
第二章 磁学性能
电子的自旋运动产生自旋磁矩，电子自旋磁矩大小为
eh s s 2s B 2mc
式中，s为电子自旋磁矩角动量。
电子自旋磁矩在外磁场方向上的分量恰为一个玻 尔磁子，即 sz=B
式中，符号取决于电子自旋方向，一般取与外磁 场方向z一致的为正，反之为负。
原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了 原子固有磁矩，即本征磁矩。理论计算证明，如
反映磁化强度随磁场变化的速率。 量纲为1，其值可正、 可负，它表征物质本身的磁化特性。
将磁矩p放入磁感应强度为B的磁场中，它将受到磁场力的 作用而产生转矩，其所受力矩为L=p×B
此转矩力图使磁矩 p处于势能最低的方向。磁矩与外加磁场 的作用能称为静磁能。处于磁场中某方向的磁矩，所具有的 静磁能为 E= -p · B 在讨论材料的磁化过程和微观磁结构时，经常要考虑磁 体中存在的几种物理作用及其所对应的 能量，其中包括静磁 能。单位体积中的静磁能，即静磁能密度EH EH = -M· B = -MHcos 式中，为磁化强度M与磁场强度H的夹角。通常静磁能密度 EH在习惯上简称为静磁能。
抗磁体的磁化率与温度无关或变化极小。
凡是电子壳层被填满了的物质都属于抗磁性物质。 惰性气体，离子型固体（如氯化钠）等； 共价键的碳、硅、锗、硫、磷等通过共有电子而填满了 电子层，故也属于抗磁性物质； 大部分有机物质属于抗磁性物质。 金属中属于抗磁性物质的有铋、铅、铜、银等。
三、顺磁性
• 材料的顺磁性来源于原子的固有磁矩。
磁滞：从饱和磁化状态A点降低磁 场H时，磁感应强度B将不沿着原 磁化曲线下降而是沿AC缓慢下降。 剩余磁感应强度：当外磁场降为0 时，得到不为零的磁感应强度Br 矫顽力：将B减小到零，必须加的 反向磁场-Hc
铁磁性和亚铁磁性Ferri的种类...
=2m
r
洛伦兹力＝-eB e0H
离心力的增加应该等于磁场增加引起的洛伦兹力(Lorentz force) 。
2m
r
e0H
既拉莫进动：
L
r
e0
2m
H
I ef e 2 r
a.弱抗磁体
从电磁学环路定律可知
EZ ds
2 rEZ
r20
dH dt
这里EZ是沿着切线上的电场，r是运动半径。
EZ
0
2
r
dH dt
所以电子将被加速，速度υ随着磁场增加△H，
=- eEZ t e0 rH
m
2m
外场H施加后电子的运动形状不发生变化，但是旋转轴向会与外加磁场H方
向成一定角度做拉莫进动(Larmor Precession)，如图所示。拉莫运动角频
率ωL和电流I分别是：
L
r
0e
2m
H
I ef e 2 r
上述结果的前提是假设磁矩可在空间任意方向取向的，
然而从量子力学可知，在磁场中的磁矩的取向和大小是量子
化的。
gBJz
其中的Jz仅能取Jz=J,J-1,,,,-(J-1),-J。所以磁矩的平均 也只能对这些取向按以下形式进行：
M
Ng B
J Jz J
Jz
exp
gB
kT
HJ z
J Jz J
exp
2) 顺磁体 Paramagnetism
虽然大多数物质具有抗磁性，但含有铁族元素， 稀土元素的化合物，以及大多数金属，合金的磁化强 度与外界的磁场方向的平行，大小与磁场成正比。
M 0H 40H emu cm3 M
κ>0
M 4
磁学基础知识
磁现象及磁学物理量
pm
0 m
pe ql
pm qm l
m
iS
电偶极矩 磁偶极矩 磁矩
0 : 真空磁导率
4 107 H / m (SI )
1 (CGS)
磁化强度M 磁极化强度J
M
m
V
J
p
V
J 0M
（ESU）
kC kA c2
（EMU） 电流的定义式
CGS单位制（cm, g, s）：高斯和韦伯发展起来
磁矩：emu（electric magnetic unit）
1emu 1Biot1cm2 10 A 1cm2 103 Am2
磁化强度M：高斯（G）
1G
1emu 1cm3
原子磁矩的来源： 电子自旋和电子运动
0
抗磁性
交换作用 拉莫尔进动
交换作用
交换作用是一种量子力学效应，
Eij 2Ji j Si S j
Ji j 称为交换积分
我们把这种交换作用等价为磁场Hm，称之为外斯分子场。
分子场的数量级大约在1000T左右！ 交换作用是一种短程相互作用。
Ji j 0 铁磁性
(1 sin2 )
2
K sin2 c
一维纳米线：
K
0
M
2 s
2
Em
0
M
2 s
4
sin2
感生各向异性 磁场感生各向异性
应力感生各向异性
Ku
3 2
E磁性物理的基础-磁畴与技术磁化
H d NI
N称为退磁因子。对于形状规则的样品，N由样品 的几何形状和大小来决定。对于一个椭球样品， 在直角坐标系中，磁化强度在三个轴方向上的分 量为Ix ,Iy ,Iz , 则退磁因子N为 Hdx=-NxIx ,Hdy=-NyIy ,Hdz=-NzIz Nx+Ny+Nz=1 ( 4 [ CGS ] ) ( 4/3 ) ( 2 ) ( 4 ) 对于球形样品：a=b=c , Nx=Ny=Nz=N0=1/3 对于长园柱样品：a≫b=c,Nx=0,Ny=Nz=1/2 对于极薄园盘样品：a≪b,c,Ny=Nz=0,Nx=1
二、磁畴的形成
在铁磁体中，交换作用使整个晶体自发磁化到饱和，磁化强度的方向沿着晶体 内的易磁化轴，这样就使铁磁晶体内交换能和磁晶各向异性能都达到极小值。但 因晶体有一定的大小与形状，整个晶体均匀磁化的结果，必然产生磁极，磁极的 退磁场，增加了退磁能(1/2)NIS2。 例如对一个单轴各向异性的钴单晶。( a )图是整个晶体均匀磁化，退磁场能 最大( 如果设Is103高斯，则退磁能106尔格/厘米3 )。从能量的覌点出发，分为 两个或四个平行反向的自发磁化的区域( b ),( C )可以大大减少退磁能。 如果分为n个区域(即n个磁畴)，能量约可减少 1/n，但是两个相邻的磁畴间的畴壁的存在，又增加 了一部分畴壁能。因此自发磁化区域(磁畴)的形成 不可能是无限的，而是畴壁能与退磁场能的和为极 小值为条件。 形成如图d，e的封闭畴将进一步降低退磁能，但 是封闭畴中的磁化强度方向垂直单轴各向异性方向， 因此将增加各向异性能。
U 2 JSi S j 2M B H m S j
j 1 j 1 z z
如果总共z个近邻值中有p个自旋值1/2，而q个自旋取值-1/2，则
物质的磁性与磁场效应
物质的磁性与磁场效应磁性是物质特性中的一种，指的是物质在外加磁场作用下表现出的磁性行为。
磁性的存在和磁场的效应是物质世界中一项重要的研究内容。
本文将探讨物质的磁性以及磁场对其产生的效应。
一、什么是磁性？磁性是指物质在外加磁场作用下表现出的吸铁、排斥、磁导率改变等现象。
在理论上，物质的磁性可以归结为微观电流的存在。
当物质内部存在电流时，会形成一个微小的磁矩，即磁化强度。
当外加磁场作用于物质时，磁矩会与外磁场相互作用，进而导致物质磁化。
二、物质的磁性分类根据物质对磁场的敏感程度，可将物质的磁性分为顺磁性、抗磁性和铁磁性。
1. 顺磁性：顺磁性物质在外加磁场作用下，磁矩与磁场方向相同，即被磁化，常见的有锰、铝等。
2. 抗磁性：抗磁性物质在外加磁场作用下，磁矩与磁场方向相反，即逆磁化，常见的有铜、银等。
3. 铁磁性：铁磁性物质在外加磁场作用下，磁矩与磁场方向相同，且磁矩较大，常见的有铁、镍等。
三、磁场对物质的效应磁场对物质的效应主要表现在磁介质、磁导体和磁远效应三个方面。
1. 磁介质：磁介质是能够产生磁化的物质。
当一个磁介质置于外加磁场中时，其分子或原子的磁矩会与外磁场相互作用，导致磁介质整体磁化。
这种磁化可以消失，即磁介质在去除外磁场的作用下，会恢复到原始状态。
磁介质常用于电磁设备中，如磁铁、磁卡、磁带等。
2. 磁导体：磁导体是对磁场具有强烈响应的物质。
当一个磁导体置于外加磁场中时，由于其导电性能，电子会受到洛伦兹力的作用，产生电流，进而产生磁场。
这个磁场与外磁场相互作用，导致磁导体内部的电子运动受到限制，进而产生电磁阻力，这就是磁场对磁导体的效应。
磁导体广泛应用于电动机、发电机等设备中。
3. 磁远效应：磁远效应是指磁场作用于物质后，在物质内部产生一系列的电磁效应。
例如在变压器中，磁场作用于铁芯上，产生感应电流，进而导致铁芯内部磁场的改变，实现电能传输和转换。
四、物质的磁性与应用物质的磁性不仅仅是一种自然现象，也是工程技术和科学研究的基础。
物质的磁性
物质的磁性
1物质的磁性
物质的磁性是指物质对磁场的反应能力，是理解物质结构和性质的重要体现。
从根本上讲，一个物质的磁性取决于它的原子的构成，原子的构成又取决于它的每个原子的电子的构型。
自古以来，物质的磁性一直被认为是影响物理和化学性质的重要因素，是研究化学性质和物理性质的一个核心内容。
1.1物质的磁性来源
早期，物质的磁性是由看不到的磁子的粒子性质以及电带的位置引起的。
此外，磁性也可以由由电子的自旋导致的。
科学家认为，电子在原子轨道上运动时，电子的積極性及自旋的存在，会令原子具有磁性。
另外，原子的结构以及原子的相互作用也会影响物质的磁性。
1.2物质的磁性相互作用
物质的磁性在微观与宏观方面都发挥着极其重要的作用。
在微观层面，物质的磁性会影响到原子分子的结构和电子的运动，从而影响到原子分子的化学反应；在宏观层面，物质的磁性会面对磁场而产生磁力，控制物质的形态结构，同时也影响到热效应，力学效应与化学反应。
总之，物质的磁性是统计物质结构与性质的重要性质之一，影响着物质在磁场中对有效力矢量的响应，影响物理性质和化学性质，与物质的结构有着直接联系，在物理与化学领域均占据着重要地位。
大学物理 第十五章 磁介质的磁化
临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全消失而 成为顺磁质，Tc称为居里温度或居里点。不 同 的 铁 磁 质 有 不 同 的 居 里 温 度 Tc 。 纯 铁 ： 770ºC，纯镍：358ºC。
居里
装置如图所示：将悬挂着的镍片移近永 久磁铁，即被吸住，说明镍片在室温下 具有铁磁性。用酒精灯加热镍片，当镍 片的温度升高到超过一定温度时，镍片 不再被吸引，在重力作用下摆回平衡位 置，说明镍片的铁磁性消失，变为顺磁 性。移去酒精灯，稍待片刻，镍片温度 下降到居里点以下恢复铁磁性，又被磁 铁吸住。
第15章 磁介质的磁化
§15.1 磁介质的磁化 磁化强度矢量 §15.2 磁场强度 有磁介质时的安培环路定理 §15.3 铁磁质 §15.4 磁路定理
作业：练习册 选择题：1 — 5 填空题：1 — 6 计算题：1 — 4
1
§1 磁介质的磁化 磁化强度矢量
1. 磁介质 磁介质:实体物质在磁场作用下呈现磁性,该物体称磁介质。 磁化:磁介质在磁场中呈现磁性(在磁场的作用下产生附加 磁场)的现象称为磁化。
B B0 B
I
I
磁介质
抗磁质： r 1, B B0
B与B0 反方向，
如氮、水、铜、银、金、铋等。
I
I
铁磁质： r 1, B B0 B与B0 同方向，
如铁、钴、镍等，
超导体是理想的抗磁体。
B0 B
3
2.分子电流模型和分子磁矩
原子中电子参与两种运动：自
pm B
旋及绕核的轨道运动，对应有轨道
矢量和为零。
极化、位移极化。
4
加外磁场时 : M Pm B
B B0 B
当外磁场存在时，各分子固有磁矩受磁场力矩的作用，或
磁场的磁势能与磁场强度
磁场的磁势能与磁场强度磁场是物理学中重要的概念之一，对于物体的运动和相互作用有着重要的影响。
磁场的磁势能和磁场强度是研究磁场性质的重要指标，本文将围绕这两个概念展开讨论。
一、磁场的基本概念磁场是指周围带有磁性物质的区域内存在的力场。
磁场通常由磁铁或电流所产生，根据磁感线的方向可以分为南北极。
磁场是矢量场，它具有方向和大小，可以用磁场强度来表示。
二、磁场的磁势能磁场中存在磁势能，指的是物体在磁场中由于运动而具有的能量。
磁场的磁势能与物体的位置有关，当物体在磁场中发生位移时，磁势能的大小会发生变化。
磁场中的物体具有磁性，受到磁场的作用力，类似于重力对物体的作用。
当物体由低势能区域移动到高势能区域时，它会受到磁场的吸引力；而当物体由高势能区域移动到低势能区域时，会受到磁场的排斥力。
磁场中的磁势能可以用以下公式来计算：E = -m · B其中，E表示磁势能，m表示磁矩，B表示磁场强度。
根据这个公式可以看出，磁势能的大小与磁矩和磁场强度有关。
三、磁场强度的定义和计算磁场强度是磁场的物理量，用H表示，是指单位磁场中所含的能量的大小。
磁场强度的计算公式为：H = B/μ0其中，B表示磁感应强度（也称磁感度），μ0表示真空中的磁导率。
磁场的强弱可以通过磁场强度来计量，磁感应强度B和磁场强度H之间的关系是通过磁导率来确定的。
在相同的磁场中，磁感应强度和磁场强度的数值大小是不同的，但它们之间存在着确定的关系。
四、磁场的应用与意义磁场在现实生活中有着广泛的应用，尤其是在电磁技术和磁共振成像方面。
磁场的作用可以使电流通过导线产生磁感应强度，从而实现电能到机械能的转换。
在磁共振成像中，利用磁场和射频场相互作用的原理，可以对人体组织进行非侵入式的成像，具有高分辨率和无辐射的优势。
同时，磁场也广泛应用于电动机、发电机和变压器等电磁设备中，提高了电能转换的效率和稳定性。
五、总结磁场的磁势能和磁场强度是研究和描述磁场性质的重要指标。