磁介质的磁化规律学习教案

1、会计学1磁介质的磁化磁介质的磁化(chu)规律规律第一页，共27页。mMH0BHM00BHM00(1)mrHH 磁化率磁化率相相对对(xingdu)磁磁导导率率B和和M的关系的关系(gun x)为为 01rmmBMMk 各向同性线性磁介质各向同性线性磁介质 , 1, 0m很很小小|mM和和B同向，顺磁质同向，顺磁质, 1, 0m很很小小|mM和和B反向，抗磁质反向，抗磁质真空中，真空中，M=0, 1, 0m0BH无磁化现象无磁化现象 第1页/共27页第二页，共27页。地位地位(dwi)(dwi)和作用类和作用类似于似于e e 第2页/共27页第三页，共27页。 m分子分子(fnz)=0 m分子

2、分子(fnz)00BB铁铁磁质磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）顺磁质顺磁质 0BB0BB抗抗磁质磁质（铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）弱磁质弱磁质2 磁介质分类磁介质分类(fn li)强磁性强磁性(cxng)第3页/共27页第四页，共27页。5分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩 mI无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化0B有外磁场有外磁场sI0BBB顺顺磁质内磁场磁质内磁场二二 顺磁质的磁化顺磁质的磁化(chu)第4页/共27页第五页，共27页。三三 抗磁质的磁化抗磁质的磁化(chu)第5页/共27页第六页，共27页。7无外磁场时抗磁质无外磁场时抗

3、磁质分子磁矩为零分子磁矩为零 0m0BBB抗抗磁质内磁场磁质内磁场qv0B0,B 同同向向时时qv0,B 反反向向时时0BFmFmmm抗磁质的磁化抗磁质的磁化第6页/共27页第七页，共27页。lmiSn22eeveiTr2lemLm 与角动量方向与角动量方向(fngxing)(fngxing)相反相反n电子电子(dinz)(dinz)自旋磁矩自旋磁矩SemSm n若所有电子的总角动量为零，抗磁若所有电子的总角动量为零，抗磁n所有电子的总角动量不为零所有电子的总角动量不为零 ，顺磁，顺磁 2Lmr第7页/共27页第八页，共27页。加外磁场加外磁场(cchng)，电子受库仑力、洛伦兹力（指向中，电

4、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），一般有心），假设轨道的半径不变（相当于定态假设），一般有洛伦兹力远小于库仑力洛伦兹力远小于库仑力rmrZe202024213020)4(mrZermrBerZe20202400,02022第8页/共27页第九页，共27页。20000e rBmreBmrmrmrBerBerZe02000020224洛伦兹力远小洛伦兹力远小于库仑于库仑(kln)力，高阶小量力，高阶小量，略，略meB20 考虑电子角速度反平行于外磁场考虑电子角速度反平行于外磁场(cchng)，有同样结论，有同样结论，的方向总与外磁场的方向总与外磁场(cchng

5、)相同相同 电子角速度改变将引起电子磁矩改变电子角速度改变将引起电子磁矩改变 222024ere rmBm 总是总是(zn sh)与外磁与外磁场方向相反场方向相反第9页/共27页第十页，共27页。0MmB一般情况下的讨论一般情况下的讨论(toln)，夹角为任意角，夹角为任意角0ldLMmBdt2lemLm SemSm lMmML旋进旋进(xun jn)，拉摩进动，只改变角动量方向，不改变其大小，拉摩进动，只改变角动量方向，不改变其大小d0BLmlSmmm以以轨道角动量轨道角动量变化为例变化为例第10页/共27页第十一页，共27页。d0BLm00sin2sin2llddLmeddtLLmedLm

6、 BdtBm 0ldLMmBdtlMmML旋进，拉摩进动，只改变旋进，拉摩进动，只改变(gibin)角动量方向角动量方向附加附加(fji)角速度角速度22lerm 和外加磁场和外加磁场(cchng)反向反向完全抗磁性完全抗磁性 ：超导体：超导体 迈斯纳效应迈斯纳效应 超导重力仪超导重力仪B=0M=-H第11页/共27页第十二页，共27页。2 起始磁化起始磁化(chu)曲线：曲线：Ms、Bs分别为饱和磁分别为饱和磁化化(chu)强度和饱和磁强度和饱和磁感应强度感应强度 000,()rMBHHBHMM 第12页/共27页第十三页，共27页。14矫顽力矫顽力cH 当外磁场由当外磁场由 逐渐减小时，这

7、种逐渐减小时，这种 B的变化落后于的变化落后于H的变的变化的现象，叫做化的现象，叫做磁滞磁滞现象现象 ，简称，简称磁滞磁滞.mHmBmHPrBcHmHPmBHBO磁滞回线磁滞回线Q 由于磁滞，由于磁滞， 时，时，磁感强度磁感强度 ， 叫做剩余磁感强叫做剩余磁感强度度( (剩磁剩磁) ).0H0BrB3 磁滞回线磁滞回线 第13页/共27页第十四页，共27页。第14页/共27页第十五页，共27页。dIdtdtdIdtIdA000lNnnIH,0VHdBSlHdBNSdBlNHdIdA0NSBHdBVdAda积积”磁磁滞滞回回线线所所包包围围的的“面面磁滞回线磁滞回线HdBdaa第15页/共27页

8、第十六页，共27页。 磁磁 畴畴无外磁场无外磁场B有有外外磁磁场场l 实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。未实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。未有外磁场时铁磁质中电子自旋磁矩可以在小范围内有外磁场时铁磁质中电子自旋磁矩可以在小范围内“自发自发”排列起来，形成小的排列起来，形成小的“自发磁化区自发磁化区”磁畴磁畴 l 其原因是相邻原子中电子间存在一种交换其原因是相邻原子中电子间存在一种交换(jiohun)作用作用（一种量子效应），使电子的原子磁矩平行排列起来，从（一种量子效应），使电子的原子磁矩平行排列起来，从而自发磁化而自发磁化第16页/共27页第十七页，共27页。在外磁

9、场撤消后，铁磁质内掺杂和内应力或因为介质存在外磁场撤消后，铁磁质内掺杂和内应力或因为介质存在在(cnzi)缺陷阻碍磁畴恢复到原来的状态缺陷阻碍磁畴恢复到原来的状态 第17页/共27页第十八页，共27页。a 片形畴（片形畴（L=8微米）；微米）； b 蜂窝蜂窝(fngw)畴（畴（L=75微米）；微米）； c 楔形畴楔形畴几种铁磁材料的磁畴结构，几种铁磁材料的磁畴结构，a、b为为Ba铁氧体单晶基面上的磁畴结构，铁氧体单晶基面上的磁畴结构，L为晶体厚度为晶体厚度；c 为钴的两个晶粒上的磁畴结构为钴的两个晶粒上的磁畴结构第18页/共27页第十九页，共27页。第19页/共27页第二十页，共27页。HBO

10、软软磁材料磁材料HBO硬硬磁材料磁材料HBO矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料 软磁材料软磁材料 矫顽力小，磁滞回线瘦，磁滞损耗矫顽力小，磁滞回线瘦，磁滞损耗小；小； 有的有的BR小，通电后立即磁化获得强小，通电后立即磁化获得强磁场，断电立即退磁，适合用于强电磁场，断电立即退磁，适合用于强电(qin din) 有的起始磁导率大，适合用于弱电有的起始磁导率大，适合用于弱电第20页/共27页第二十一页，共27页。n磁头磁头(ctu)n写入过程：磁头写入过程：磁头(ctu)将电信号将电信号磁场磁场n读出过程：将磁记录介质的磁场读出过程：将磁记录介质的磁场电信号电信号n磁记录介质：内存、外存、磁盘和磁记录介

11、质：内存、外存、磁盘和磁带等磁带等HBO矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料第21页/共27页第二十二页，共27页。%6%2/RR%50/达到RR631010/ RR第22页/共27页第二十三页，共27页。 法国科学家阿尔贝法国科学家阿尔贝费尔和德国科学家彼得费尔和德国科学家彼得格林格林贝格尔因分别独立发现巨磁阻效应共获贝格尔因分别独立发现巨磁阻效应共获2007年诺贝尔年诺贝尔物理学奖。物理学奖。 诺贝尔评委会主席佩尔诺贝尔评委会主席佩尔卡尔松用两张图片的对卡尔松用两张图片的对比比(dub)说明了巨磁阻的重大意义：一台说明了巨磁阻的重大意义：一台1954年体积年体积占满整间屋子的电脑，和一个如今非常普

12、通、手掌般占满整间屋子的电脑，和一个如今非常普通、手掌般大小的硬盘。正是巨磁阻的发现，单位面积介质存储大小的硬盘。正是巨磁阻的发现，单位面积介质存储的信息量才得以大幅提升。的信息量才得以大幅提升。 一位科研人员也说：一位科研人员也说：“看看你的计算机硬盘存储看看你的计算机硬盘存储能力有多大，就知道他们的贡献有多大了。能力有多大，就知道他们的贡献有多大了。” 我们我们司空见惯的笔记本电脑、司空见惯的笔记本电脑、MP3、U盘等消费品，都闪盘等消费品，都闪烁着耀眼的科学光芒。诺贝尔奖并不总是代表着深奥烁着耀眼的科学光芒。诺贝尔奖并不总是代表着深奥的理论和艰涩的知识，有时就在我们身边，在我们不的理论和艰涩的知识，有时就在我们身边，在我们不曾留意的日常生活中。曾留意的日常生活中。第23页/共27页第二十四页，共27页。25 例例1 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无无限长限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为对磁导率为 的磁介质的磁介质.当两圆筒当两圆筒通有相反方向的电流通有相反方向的电流 时，时，试试 求求（1）磁介质中任意点磁介质中任意点 P 的磁感应强度的大小的磁感应强度的大小; （2）圆柱体外面一点圆柱体外面一点Q 的磁感强度的磁感强度.rrRIIrrdIR第24页/共27页