磁学基础与磁性材料+严密第一章、三章以及第七章答案
(完整word版)磁学基础与磁性材料+严密第一章、三章以及第七章答案
磁性材料的分类第一章磁学基础知识答案：1、磁矩2、磁化强度3、磁场强度H4、磁感应强度 B磁感应感度，用B表示，又称为磁通密度，用来描述空间中的磁场的物理量。
其定义公式为中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
5、磁化曲线6、磁滞回线（）（6 磁滞回线 (hysteresis loop)：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
）7、磁化率磁化率，表征磁介质属性的物理量。
常用符号x表示，等于磁化强度M与磁场强度H之比。
对于各向同性磁介质，x是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是一个二阶张量。
8、磁导率磁导率（permeability）：又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个物理量，可通过测取同一点的B、H值确定。
二矫顽力----内禀矫顽力和磁感矫顽力的区别与联系矫顽力分为磁感矫顽力（Hcb）和内禀矫顽力（Hcj）。
磁体在反向充磁时，使磁感应强度B降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。
但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。
使磁体的磁化强度M降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。
在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。
(2)退磁场是怎样产生的？能克服吗？对于实测的材料磁化特性曲线如何进行退磁校正？产生：能否克服：因为退磁场只与材料的尺寸有关，短而粗的样品，退磁场就很大，因此可以将样品做成长而细的形状，退磁场就将会减小。
然而实际工作中，材料的尺寸收到限制，因此不可避免的受到退磁场的影响。
校正：由于受到退磁场的影响，作用在材料中的有效磁场Heff比外加磁场Hex要小。
电磁学第七章习题答案
r r M = χmH
r r B = µ0 (1+ χm)H
令 r =1+ χm µ
潍坊学院
r r r B = µ0µr H = µH
7.1.4 磁介质存在时静磁场的基本规律
v v ∫ H ⋅ dl = I
L
S
v v ∫∫ B ⋅ dS = 0
v H= v B v −M
µ0
v v B = µH
潍坊学院
r L
进动
e r ∆pm
r B0
可以证明： r 可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角 r 是何值， 是何值，在外磁场 B 中，电子角动量 L 进动的转向总是和 磁 0 r 的方向构成右手螺旋关系。 力矩 M的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的 r 的方向相反。 方向永远与 B 的方向相反。 0 附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩， 附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用 r 表示。 符号 ∆pm 表示。 潍坊学院
∫(µ
r 定义 H =
潍坊学院
r B
0
r B
r r − M) ⋅ d = ∑I l
r r 则 ∫ H ⋅ dl = ∑I
µ0
r − M 为磁场强度
有磁介质时的 安培环路定理
磁介质中的安培环路定理： 磁介质中的安培环路定理 ： 磁场强度沿任意闭合路径的 线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和。 线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和。
v 2、磁化强度 M 与磁化电流 I ′ 的关系
l
磁介质体内
n
之外不套链
v dl
一进一出 穿过曲面的总磁化电流为
面矢（分子电流所围） 面矢（分子电流所围）
第一章磁学基础知识
向量微分算子，Nabla算子
f ( pM )B
=[（PMxi
PMy
j
PMz
k）(
x
i
y
j
z
k )](Bxi
By
j
Bzk )
=(PMx =(PMx
x
PMy
y
PMz
z
)(Bxi
By
j
Bzk )
Bx x
PMy
Bx y
PMz
Bx z
)i
H
j
D , t
(PMx
By x
PMy
By y
PMz
PJ 和 PM JM
分别描写同一个物理量，单位不同。引进 两种单位的量是因为在不同场合选用其中 一种单位的量更方便。
磁单极子学说由诺贝尔物理学奖获得者英国物理学家狄拉克于1931年提出以 来，到现在一直受到实验观测和理论研究的重视。这是因为磁单极子问题不 仅涉及物质磁性的一种来源，电磁现象的对称性，而且还同宇宙早期演化理 论及微观粒子结构理论等有关，故成为科学界关注的一个重要问题。但目前
nm
n
n 为每mol 物质的量
在文献中还常使用比磁化强度σ的概念：[A﹒m2﹒kg-1]
M
绝对磁导率 相对磁导率
B [H m] H
r
B 0 H
r
0
r
B
0 H
0 (M H ) 0 H
M H
1
1
表征材料对 磁场的响应
磁化率和磁导率 以不同方式表述了材料对外磁场的响应，反映了
材料最重要的性质。因为是两个矢量之间的关系，所以一般情况下它们都 是张量。
By z
)j
(PMx
磁学基础与磁场力的作用
描述物体磁性强度和磁性方向 磁矩等于磁通量除以磁场强度
磁矩的单位
安培·米特
古代对磁石的认识
中国古代 印度
古希腊
指南针的发明和应用 磁石被广泛应用于医疗
亚瑟士尼的磁石实验
磁化过程
磁化过程是让物体成为磁体的过 程，主要包括自磁化和感应磁化。 自磁化是物体内部原子、分子自 身产生磁场，而感应磁化是外部 磁场作用下产生的磁化现象。
04
硬磁性和软磁性材 料的磁化曲线
硬磁性材料的磁化曲线有明显的饱和段，而软磁性材料的 磁化曲线更加线性。
02
磁化曲线的应用
03
磁化曲线可以用来分析磁性材料的性质和特点，也在磁记录
和磁存储等方面有广泛应用。
磁化与磁场
01 磁化过程与磁化强度的关系
磁化过程中，物体内部原子或分子的磁矩会重新排 列，导致磁化强度的变化。
磁化强度
磁化强度的定义
磁化强度是单位体积内磁偶极子的总矩强度。
磁化强度与磁化矢 量的关系
磁化强度和磁化矢量的方向一致，而大小上存在倍数关 系。
磁化强度的计算
磁化强度与磁化体积和外加磁场相关，通常用磁化矢量 表示。
磁化曲线
磁化曲线的特点
磁化曲线通常是非线性的，反映了磁化强度随外磁场强
01
度变化的关系。
● 05
第5章 磁性材料与应用
磁性材料分类
磁性材料可以分为铁磁性材料、 铁氧体磁性材料和软磁性材料。 铁磁性材料是常见的永磁材料， 能够保持长久的磁性；铁氧体磁 性材料具有良好的磁导性能；软 磁性材料则适合在变化的磁场中 工作。
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● 03
第一章1 磁学的基础知识
本章回顾和总结我们在《电磁学》，《原子物理》 等基础课中已经学习过的有关磁性知识，明确和统一我 们将要用到的相关物理量的定义、符号、单位及相关公 式，建立起我们深入学习的平台；归纳和总结物质磁性 的宏观表现，明确本课程要解决的问题。这些内容都是 最基础的，最常用的，也是大家必须掌握和熟悉的。
1.1
磁性、磁场和基本磁学量
磁场：在场内运动的电荷会受到作用力的物理场。
电磁学给出的定义：(见胡有秋等电磁学p202)
F qv B
F：运动电荷 q 受到的力； q：电荷量； v： 电荷运动速度；
B 称作磁通密度或磁感应强度，是表征磁场方向和大小 的物理量。其单位是 ：特斯拉（T = N· A-1m-1 = Wb· m-2）。 这里和使用电场强度 E 表述电场大小和方向不同的原 因是因为在采用运动电荷受力确定磁场之前，磁场强度 H 这个名字已经被用于其它的定义。在有磁介质存在的情况下， 磁场是传导电流产生的外磁场和介质磁化以后产生的附加 磁场的矢量叠加。而为了方便地表达出有磁介质存在时的磁 场规律，仍保留沿用了已有确切定义的磁场强度概念。
J : 1Gs 4 104 T M :1Gs 103 A m 1
而磁感应强度 B 在两个单位制中的变换是：
B :1Gs 104 T
这是由于两个物理量在两种单位制中的关系不同造成的。 2. 从实用观点看，单位制问题，主要就是两种单位制之间的 换算问题，解决办法就是建立一个换算表。
Wb A1
Wb m2 H m1 A m1
有些文献中两个量的名称不加区别，但我们可以从它 使用的单位中加以区分。
磁性物质在外磁场中磁化，磁化强度 M 和外磁场 强度 H 之间的关系是：
磁性材料与器件-第一章-磁学基础知识
Jm 0 M
(A m 1 )
Page 5
Page 6
1.1.3 磁场强度H与磁感应强度B
物理意义：均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量）
1、磁场强度H (magnetic intensity) ：(静磁学定义)
为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小，方向与正磁荷在 该处所受磁场力方向一致。
为了方便研究物质磁性的起因，我们可以按其在磁场
中的表现把物质进行分类， 例如依据磁化率的正负、大 小及其与温度的关系来进行分类。
随着研究的深入，分类也在不断完善和细化，到上个 世纪 70 年代为止，在晶状固体里，共发现了五种主要类 型的磁结构物质，它们的形成机理和宏观特征各不相同， 对它们的成功解释形成了今天的磁性物理学核心内容。 上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴 起，又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化 之中，课程会做初步介绍。
MS（饱和磁化强度），而B
则仍不断增大(原因?) 由B－H（M－H）曲线可求 出或
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磁化曲线是反映材料特性的基本曲线，从中可以得到标志
材料的参量：饱和磁化强度Ms、起始磁化率a 和最大磁化率m。
Ms
Ms可以理解为该温 度下的自发磁化
强度M0
顺磁性物质磁化曲线 抗磁性物质磁化曲线
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1.3.2 磁滞回线
从饱和磁化状态开始，再使磁场H减小，B或M不再沿原
始曲线返回。当H＝0时，仍有一定的剩磁Br或Mr。
为使B（M）趋于零，需反向加一磁 场，此时H=Hc称为矫顽力。
BHC：使B＝0的Hc M HC ：
(磁感矫顽力）。
M＝0时的Hc（内禀矫顽力）
一般| BHC | <
第1章磁学与磁性材料基础知识汇总
★ 静磁现象
磁矩 磁化强度M 磁场强度H和磁感应强度B 磁化率和磁导率 退磁场 静磁能
★ 材料的磁化 磁化曲线
磁滞回线
物质的磁性分类
★ 磁性与磁性材料的分类
磁性材料分类
1
1.1 静磁现象
▼磁场 电荷周围存在电场，可以用电力线来表示
电荷之间存在相互作用
F
k
q1q2 r2
那么磁场呢？是否有和电场相似的性质呢？
HCl,NO,有机化合物中的自由基 少数含有偶数个电子的化合物：
O2,有机物中的双自由基等
35
3. 反铁磁性（Antiferromagnetism)
反铁磁性是1936年首先由法国科学家Neel从理论上预言、 1938年发现，1949年被中子实验证实的，它的基本特征是存在 一个磁性转变温度，在此点磁化率温度关系出现峰值。
上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴起， 又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化之中， 课程只做初步介绍。
27
▼物质的磁性分类
按磁化率的大小，可将物质磁性分为五个种类：
★抗磁性 ★顺磁性 ★反铁磁性
普遍性 c 0 且绝对值也很小 d
遵守居里-外斯定律：c
P
T
C TP
0
存在奈尔温度 TN
（或离子），具有一定的磁矩，是无规分布的原子磁矩在外磁
场中的取向产生了顺磁性。此外，传导电子也具有一定的顺磁
性。
33
顺磁性
磁 场
顺磁性 cm=10-6 ~10-3 磁矩的排列与磁性的关系
34
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质： 过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd,
磁性物理第一章磁学基础知识
1
2
1
k ln (k
k 21
k
2
1)
1
k
长 短
半 半
径 径
28
球形体：Fd 1/60M2 细长圆柱体：Fd 1/ 40M2 薄圆板片：Fd 1/ 20Mz2
适用条件：磁体内部均匀一致，磁化均匀。 形状不同或沿不同的方向磁化时，Fd也不同，这种因形 状不同而引起的能量各向异性的特征——形状各向异性。
+m l
磁偶极矩： jmml
方向：-m指向+m
-m
单位：Wb∙m
/gnwkjdt/200909/t20090909_72692.htm
Dirac Strings and Magnetic Monopoles in the Spin Ice Dy2Ti2O7 2009, Science, 326(5951): 411-414.
H I 2r
r为环形圆圈半径，方向由右 手螺旋法则确定。
(3) 无限长直流螺线管：
HnI n：单位长度的线圈匝数，
方向沿螺线管的轴线方向。
13
H只是一个辅助量，通常用来计算电流的磁效应，涉及磁场 与其它物理量的相互作用时，一般需要使用磁感应强度B。
2、磁感应强度B
SI制中，令 B B 0 i ( H J M ) 0M 0 H 0 M
1 4 0
jm r3
3
jm r r5
r
H沿r 方向及使θ 角增加方向的分量计算：
在球坐标系中： e r re 1 r e rs1in
10
H
er
r
jm cos 40r2
e
1 r
jm cos 40r2
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磁性材料的分类
^
《
}
第一章》
第二章磁学基础知识
答案：
1、磁矩
2、磁化强度
3、·
4、磁场强度 H
5、磁感应强度 B
磁感应感度，用B表示，又称为磁通密度，用来描述空间中的磁场的物理量。
其定义公式为
（百度百科）磁感应强度（magnetic flux density），描述磁场强弱和方向的基本物理量。
是矢量，常用符号B表示。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
在物理学中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
6、磁化曲线
磁化曲线是表示物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B或磁化强度M之间的关系
7、磁滞回线
—
（）
（6 磁滞回线 (hysteresis loop)：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
）
8、磁化率
磁化率，表征磁介质属性的物理量。
常用符号x表示，等于磁化强度M与磁场强
度H之比。
对于各向同性磁介质，x是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是一
个二阶张量。
9、磁导率
磁导率（permeability）：又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的
一个物理量，可通过测取同一点的B、H值确定。
二
'
矫顽力----内禀矫顽力和磁感矫顽力的区别与联系
矫顽力分为磁感矫顽力（Hcb）和内禀矫顽力（Hcj）。
磁体在反向充磁时，使磁感应强度B降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。
但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。
使磁体的磁化强度M降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。
在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。
(2)退磁场是怎样产生的能克服吗对于实测的材料磁化特性曲线如何进行退磁校正
产生：
能否克服：因为退磁场只与材料的尺寸有关，短而粗的样品，退磁场就很大，因此可以将样品做成长而细的形状，退磁场就将会减小。
然而实际工作中，材料的尺寸收到限制，因此不可避免的受到退磁场的影响。
校正：由于受到退磁场的影响，作用在材料中的有效磁场Heff比外
加磁场Hex要小。
即
…
（3）物质的磁性可以分为几类它们各有什么特点
（1）抗磁性
（2）顺磁性
|
:
（4）磁性材料可以分为几类它们各有什么特点
…
1_3 以长为20cm，半径2cm的螺线管由200匝线圈绕制而成，其中通以I=的电流，试计算此时螺线管中部和端部的H和B 的大小。
解：在端部，视为载流环形线圈模型，则H=I/2r,由I=，r=，所以有H=m 在中部，则为载流螺线管模型，有H=n*I ,由n=200/，I=,所以有H=500A/m。
1—4某一铁的旋转椭球长轴为1毫米，短轴直径为毫米，饱和磁环强度为u0Ms=,求长轴和短轴方向的退磁场。
解:长轴/短轴=1/=10
查表可知，当椭球的的纵横比为10时，沿长轴的退磁因子Nz=，又Nx+Ny+Nz=1，所以Nx=Ny=.
由退磁场公式：长轴退磁场Hd1=NMs=*=\m
同理短轴退磁场Hd2=\m
`
单畴
，形成一个单畴。
磁泡
动态磁滞回线
截止频率
%
二
1、什么叫磁晶各向异性和磁致伸缩它们的产生机理各是
什么
什么是磁晶各向异性：
产生机理：
/
源
什么叫磁致伸缩
产生机理：。
（2）材料的磁化机制有几种各有什么特点
有两种：畴壁位移（壁移磁化）和磁畴转动
壁移磁化：
在有效场作用下，自发磁化方向接近于H方向的磁畴长大，而与H 方向偏离较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁发生位置变化
其实质是：在H作用下，磁畴体积发生变化，相当于畴壁位置发生了位移。
壁移磁化的物理本质是畴壁内每个磁矩向着H方向逐步地转动
|
磁畴转动：
磁畴转动磁化过程：在H ≠0时，铁磁体磁畴内所有磁矩一致向着H 方向转动的过程。
外磁场的作用是导致磁畴转动的根本原因及动力（即H ≠0时，总自由能将发生变化，其最小值方向将重新分布，磁畴的取向也会由原来的方向——向H方向转动）
（3）磁损耗通常包括几类各有哪些影响因素
哦流损耗：
比。
@
磁滞损耗：
剩余损耗：
三
（1）
解：Co为六角晶体，其等效各向异性场公式Hk=2Ku1 /u0Ms ，
带入数据可得Hk=*exp(5)
（2）
解：
习题七
！
第七章
1、什么是磁性液体与传统意义上的固态磁性材料相比，磁
液有何特征
？
;
与传统磁性材料相比的特性：
2、 磁性液体包括哪几类有哪些应用
分为三类。
应用
应用解2：
1、磁液密封
2、磁性液体研磨
3、磁性液体在扬声器上的应用
4、磁性液体在潜艇推进器上的应用
5、、
6、磁液在生物医学方面的应用
7、磁性液体在分离技术方面的应用
5、何为磁电阻磁电阻效应包括哪些种类各自产生的机理
是什么
产生机理：
6、~
7、列举磁电阻效应的典型效应
1、2、3、效应8、简述实现磁制冷的原理和技术
技术：
9、列举典型的磁制冷材料。
指出磁制冷的应用场合和所
面临的问题。
典型制冷材料:
（1）低温区：
（2）中温区磁制冷材料：
（3）高温区磁制冷材料
a、重稀土及其合金
b、稀土-过渡金属化合物
c、过渡金属及其化合物
d、钙钛矿氧化物
磁制冷材料应用场合以及所面临的问题：
所面临的问题：。