电磁学_ 磁介质_ 介质的磁化规律_

磁学现象与物质的磁性

磁学现象与物质的磁性 人们很早就发现磁性材料具有特殊的功能特性。公元前3世纪，《吕氏春秋·精通篇》中就出现“石，铁之母也。以有磁石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也”的记载，叙述了磁性材料可以吸引特定的物质，如铁等。在战国末期韩非所著的《有度篇》中已出现“故先王以立司南以端前夕”的记载；而在东汉王充的《论衡·是应篇》中出现了“司南之勺，投之于地，其柢指南”的记载，叙述了磁性材料具有南北极，可以指示南北方向的特性。北宋沈括所著的《梦溪笔谈》中已有制作指南针的详尽描述，明朝《萍洲可谈》中出现船舶在苏门答腊海中航行时应用指南针的详细记载，叙述了磁性材料的应用。在欧洲，人们在小亚细亚的Magnesia 地区发现了磁铁矿，因而人们把磁石叫做Magnet 。 人们虽然很早就发现了磁性的存在，但对磁性现象本质的认识却经历了相当长的时间。1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第发现了电磁感应定律以及楞次发现的楞次定律，人们才逐渐揭开了磁性的奥秘。随着原子结构的被揭露，尤其是量子力学的成就，人们对目前磁性的物理本质才有了一个大体满意的解释。 一、磁及磁现象的根源是电荷的运动 1.1 一些基本的磁现象 当电流通过一条导线，生成一个方向由右手定则指示的磁场。如果大拇指指示正向电流I 的方向，四指就指示磁场B 的方向。 如果一条载流的长导线被卷成圆筒形，环绕圆筒线圈可观察到一个磁场；磁场的形状具有环环相叠的圆柱对称性，它的方向由右手定则规定。此时，四指指示电流方向，拇指给出线圈内部的磁场方向。外部的磁场具有圆环对称性。而地球磁场源自地球熔融铁核的流动。这种流动才使图中罗盘针的黑端指示出地理北极的方向。 假定一根棒状磁体按图1-3从一个线圈内部向外移开，在线圈绕组的两端可检测到一个电压脉冲。电压源自线圈内磁力线的变化。感生电压遵从Lenz 定律—如果线圈内的磁力线发生变化，由此在线圈内感生的电压是这样的．由它产生的电流决定的磁场与初始的变化方向相反。图1-3标出了电压，由它的电流生成的磁场由线圈指向外(其方向同棒状磁体运动产生的变化相反)。电压的方向也由右手定则规定。磁力线的变化感生电压，决定了发电机和变压器的运转，以及抗磁性的材料行为。图1-1一条载流导线的磁场 图1-2圆筒线圈的磁场

(完整版)初三磁学课件汇总

亲爱的同学，太阳每天都是新的，你是否每天 都在努力。 磁学 一、磁现象 1.磁性：磁铁能吸引铁、钴、镍等物质，磁铁的这种性质叫做磁性。 2.磁体：具有磁性的物质叫做磁体。 分类：软磁体：软铁人造磁体：条形磁体、蹄型磁体、小磁体、环形磁体 硬磁体（永磁体）：钢天然磁体 3.磁极：磁体上磁性最强的部分（任一个磁体都有两个磁极且是不可分割的） （1）两个磁极：南极（S）指南的磁极叫南极，北极（N）指北的磁极叫北极。 （2）磁极间的相互作用规律：同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。 4.磁化 （1）概念：使原来没有磁性的物体获得磁性的过程。 （2）方法：用一个磁体在磁性物体上沿同一方向摩擦，就可使这个物体变成磁体。 5.应用：记忆材料：磁盘、硬盘、磁带、银行卡等 发电机（电动机）：磁悬浮列车、磁化水机、冰箱门磁性封条等 二、磁场 1.磁场 （1）概念：在磁体周围存在的一种物质，能使磁针偏转，这种物质看不见，摸不到，我们把它叫做磁场。 （2）基本性质：磁场对放入磁场中的磁体产生磁力的作用。 （3）磁场的方向： 规定——在磁场中的任意一点，小磁针静止时，N即所指的方向就是那点的磁场方向。 注意——在磁场中的任意一个位置的磁场方向只有一个。 2.磁感线 （1）概念：为了形象地描述磁场，在物理学中，用一些有方向的曲线把磁场的分布情况描述下来，这些曲线就是磁感线。 （2）方向：为了让磁感线能反映磁场的方向，我们把磁感线上都标有方向，并且磁感线的方向就是磁场方向。 （3）特点：①磁体外部的磁感线从N极出发回到S极。（北出南入） ②磁感线是有方向的，磁感线上任何一点的切线方向与该点的磁场方向一致。 ③磁感线的分布疏密可以反映磁场磁性的强弱，越密越强，反之越弱。 ④磁感线是空间立体分布，是一些闭合曲线，在空间不能断裂，任意两条磁感线不能相交。 （4）画法： 3.地磁场 （1）概念：地球周围存在着磁场叫做地磁场。 （2）磁场的N极在地理的南极附近，磁场的S极在地理的北极附近。 （3）应用：鸽子、绿海龟（利用的磁场导航） （4）磁偏角：首先由我国宋代的沈括发现的。 三、电生磁 1.电流的磁效应 （1）1820年，丹麦的科学家奥斯特第一个发现电与磁之间的联系。 （2）由甲、乙可知：通电导体周围存在磁场。 （3）由甲、丙可知：通电导体的磁场方向跟电流方向有关。 2.通电螺线管 （1）磁场跟条形的磁场是相似的。 （2）通电螺线管的磁极方向跟电流方向有关。

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H 4、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 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。

磁学与磁性材料导论

3.15 磁学基础 C.A.Ross, 材料科学与工程学系, 麻省理工学院 参考数据： Jiles ，磁学与磁性材料导论 磁性数值与单位 H=磁场强度，A/m – 表示能量梯度或偶极的力矩 B=磁通量密度，T 或 Wb/m 2 – 每单位面积通过的磁力线数 M=磁化强度， A/m – 磁矩，材料对场的反应 磁场强度由电流产生： 电流 i 在半径r 产生切线场 H = i/2 πr 或由磁性材料而来。 B = μo H μo = 4π*10-7 Henry/m 在自由空间中磁通量密度由磁场强度决定 B = μo (H + M) 但在材料中 或 B = μo μr H μr =相对磁导率 或 M = H(μr - 1) 或 M = χH χ = (μr - 1) =磁化率 磁化强度与磁通量密度表示材料对于磁场场度H 的反应。磁通量密度的场线是连续的。 注，相同的表示式以cgs 单位表示： B (Oersted) = H (Gauss) + 4πM (emu/cc) 在此 1 Oe = (1000/4π) A/m = 79.6 A/m 1 G = 10-4 T 1 emu/cc = 1 kA/m 不同种类的材料 反磁：原子没有净磁矩，但磁场会产生与外加场相反的小磁矩，磁化率为负的(μr <1)。

顺磁：原子有净磁矩但自旋方向是任意排列。外加磁场会使其有弱的排列方向，因此小的磁化率随温度的倒数而变(μ r >1)。 铁磁有自发的磁化强度，及大的磁导率，其与样品的经历有关，具有非线性的磁滞现象。 磁性行为的源由 电荷的移动使得电子的角动量产生磁化。 磁化由1)电子自旋，2)电子轨道运动而来。 成对电子的贡献会互相抵销，所以强磁效应发生在材料具有未成对的电子。 一个电子具有1 μ B (波耳磁子) = 9.27*10 -24 Am 2 的动量 Stern-Gerlach与Zeeman的实验指出了原子有磁化的量子现象。 我们预期在过渡金属(未填满3d轨域)及稀土元素(未填满4f轨域)有大的磁性现象，因为它们有大的净自旋。 例如：Fe 3+ 有 3d 5 ：预期每个原子有5μ B (忽略轨道的贡献) Fe 有 3d 8 ：预期每个原子有2μ B 铁磁物质之邻近原子因为交换耦合，会有自旋的自发排序。假若自旋有一角度θ，交换能= A (1 – cosθ) 在此A式交换常数，如对铁而言是1.4*10-20 J 负A表示反向平行排列：材料是反铁磁性或陶铁磁性。 在居礼温度之上，自旋是随机排列，所以kT ~ A(对铁而言是770°C) 排列整齐的自旋形成扇区，每个扇区通常都指向不同的方向，就样品而言平均起来就没有净磁矩。但是，扇区可由相对较小的磁场磁化而排列在同一方向(注：此时磁壁就不存在了)，以产生较大的净磁矩，所以其磁导率非常高。M-H曲线的形状是迟滞的，重要的磁滞回线参数包含： 曲线内的面积(外加磁场作一个循环的能量消耗) 饱和磁化(在大磁场中的磁化) 残磁(磁场为零时仍存在磁化强度) 顽磁(要将磁化强度去除所需的磁场强度) 异向性与扇区

电磁学基础知识

电磁学基础知识 电场 一、场强E （矢量，与q 无关） 1．定义：E ＝ 单位：N/C 或V/m 方向：与＋q 所受电场力方向 电场线表示E 的大小和方向 2．点电荷电场：E ＝ 静电力恒量 k ＝ Nm 2/C 2 匀强电场：E ＝ d 为两点在电场线方向上的距离 3．E 的叠加——平行四边形定则 4．电场力（与q 有关） F ＝ 库仑定律：F ＝ （适用条件：真空、点电荷） 5．电荷守恒定律（注意：两个相同带电小球接触后，q 相等） 二、电势φ（标量，与q 无关） 1．定义：φA ＝ ＝ ＝ 单位：V 说明：φ＝单位正电荷由某点移到φ＝0处的W ⑴沿电场线，电势降低 ⑵等势面⊥电场线；等势面的疏密反映E 的强弱 2．电势叠加——代数和 3．电势差：U AB ＝ ＝ 4．电场力做功：W AB ＝ 与路径无关 5．电势能的变化：Δε＝W 电场力做正功，电势能 ；电场力做负功，电势能 需要解决的问题： ①如何判电势的高低以及正负（由电场线判断） ②如何判电场力做功的正负（由F 、v 方向判） ③如何判电势能的变化（由W 的正负判） 三、电场中的导体 1．静电平衡：远端同号，近端异号 2．静电平衡特点 ⑴E 内＝0；⑵E 表面 ⊥表面；⑶等势体（内部及表面电势相等）；⑷净电荷分布在外表面 四、电容器 1．定义：C ＝ （C 与Q 、U 无关） 单位：1 F ＝106 μF ＝1012 pF 2．平行板电容器： C ＝ 3．两类问题：①充电后与电源断开， 不变；②始终与电源相连， 不变 五、带电粒子在电场中的运动 1．加速：qU ＝ 2．偏转：v ⊥E 时，做类平抛运动 位移：L ＝ ； y ＝ ＝ ＝ 速度：v y ＝ ＝ ； v ＝ ； tan θ＝ 六、实验：描绘等势线 1．器材： 2．纸顺序：从上向下

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》 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

电磁学名词解释

安培环路定理 在恒定电流的磁场中，磁感强度沿任何闭合路径的线积分等于此路径 所环绕的电流的代数和的μ0倍。 安培载流导线在磁场中所受的作用力。 毕奥-萨伐尔定律 实验指出，一个电流元Idl产生的磁场为 场强叠加原理电场中某点的电场强度等于各个电荷单独在该点产生的电场强度的叠加(矢量和)。 磁场叠加原理空间某一点的磁场(以磁感强度示)是各个磁场源(电流或运动电荷)各自在该点产生的磁场的叠加(矢量和)。 磁场能量密度单位磁场体积的能量。 磁场强度 是讨论有磁介质时的磁场问题引入的辅助物理量，其定义是 磁场强度的环路定理沿磁场中任一闭合路径的磁场强度的环量(线积分)等于此闭合路径所环绕的传导电流的代数和。 磁畴铁磁质中存在的自发磁化的小区域。一个磁畴中的所有原子的磁矩(铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩)可以不靠外磁场而通过一种量子力学效应(交换耦合作用)取得一致方向。 磁化在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化的现象。返回页首 磁化电流(束缚电流) 磁介质磁化后，在磁介质体内和表面上出现的电流，它们分别称作体磁化电流和面磁化电流。 磁化强度单位体积内分子磁矩的矢量和。 磁链穿过一个线圈的各匝线圈的磁通量之和称作穿过整个线圈的磁链，又称"全磁通"。 磁屏蔽闭合的铁磁质壳体可有效地减弱外界磁场对壳内空间的影响的作用称作磁屏蔽。 磁通连续原理(磁场的 高斯定理) 在任何磁场中，通过任意封闭曲面的磁通量总为零。

磁通量 通过某一面积的磁通量的概念由下式定义 磁滞伸缩铁磁质中磁化方向的改变会引起介质晶格间距的改变，从而使得铁磁质的长度和体积发生改变的现象。

磁滞损耗铁磁质在交变磁场作用下反复磁化时的发热损耗。它是磁畴反复变向时，由磁畴壁的摩擦引起的。 磁滞现象铁磁质工作在反复磁化时，B 的变化落后于H的变化的现象。 D的高斯定理 通过任意闭合曲面的电位移通量等于该闭合面所包围的自由电荷的代 数和。其表示式是 带电体在外电场中的电 势能 即该带电体和产生外电场的电荷间的相互作用能。 电场能量密度电场中单位体积的能量 电场强度电场中某点的电场强度 ( 简称场强)的大小等于位于该点的单位正电荷(检验电荷)所受的电场力的大小，方向为该正电荷所受电场力的方向。 电场线数密度通过垂直于电场强度的单位面积的电场线的条数。返回页首 电磁波的动量密度 单位体积的电磁波具有的动量，表示式为:电磁波的能量密度 电磁波的单位体积的能量，其大小为 电磁波的能流密度(坡印廷矢量) 单位时间内通过与电磁波传播方向垂直的单位面积的电磁波的能量，其表示式为， 电磁场方程组麦克斯韦综合了电磁场的所有规律提出表述电磁场普遍规律的方程组。其积分形式是， (1)电场的高斯定理 (2)磁场的高斯定理 (3)电场的环路定理 (4)磁场的环路定理即全电流定律 电磁单位制的有理化在库仑定律的表示式中引入"4p"因子的作法，称作单位制的有理化。这样作可使一些常用的电磁学规律的表示式因不出现"4p"因子而变得简单些。

08.磁学基础知识

引言 ?无论是电子技术、电力技术、通信技术、还是空间技术、计算技术、生物技术，乃至家用电器，磁学和磁性材料都是不可缺少的重要部分。 ?从1902年P.塞曼和H.A.洛伦兹获得诺贝尔奖，到1998年华裔的崔琦先生获诺贝尔物理学奖，至少有24次诺贝尔奖得主在磁学领域作出了杰出的贡献； ?公元前2500年我国已有磁性指南——司南的记载，其开创了人类对磁学和磁性材料研究的先河； ?以磁科学进行研究的创始者当数吉尔伯特，后经安培、奥斯特、法拉第等人开创性的发现和发明，初步奠定了磁学科学的基础。 ?从1900年到1930年，先后确立了金属电子论、顺磁性理论、分子磁场、磁畴概念、X射线衍射分析、原子磁矩、电子自旋、波动力学、铁磁性体理论、金属电子量子论、电子显微镜等相关的的理论。从而形成了完整的磁学科学体系。在此后的20~30年间，出现了种类繁多的磁性材料。 ?我国的磁学前辈当数叶企孙（1924年从美国哈佛大学获博士学位回国）、施汝为先生（1931年在国内发表了第一篇磁学研究论文），现我国已有十余所高校、十几个研究所及几百个生产企业从事磁学研究、教学和生产。

磁性材料是电子功能材料中极其重要的一类，已成为现代工业和科学技术的支撑性材料之一； 广泛应用于通信、自动化、电机、仪器仪表、广播电视、计算机、家用电器以及医疗卫生等领域，如各类变压器、电感器、滤波器、磁头和磁盘、各类磁体、换能器以及微波器件等； 这类材料按其导电性差异，可分为金属和铁氧体磁性材料两大类；按其磁性能差异，又可分为软磁、永磁、旋磁、压磁以及磁光材料等类别。

?应用：精密的仪器仪表；电讯、电声器件；工业设备；控制器件；其它器件。?作用原理 利用永磁材料在给定 的空间产生一定的磁 场强度； 利用永磁合金的磁滞 特性产生转动矩，使 电能转化为机械能。?特点 充磁后，去掉外磁场 后仍可保留磁性。

磁学和磁性材料的发展历程

磁学与磁性材料发展的历程 磁学与磁性材料发展的历程 公元前 5000年前人类发现天然磁石(Fe3O4) 2300年前中国人将天然磁石磨成勺型放在光滑的平面上，在地磁的作用下，勺柄指南，曰“司南”此即世界上第一个指南仪。 公元后 1000年前中国人用磁铁与铁针摩擦磁化，制成世界最早的指南针。1100年左右中国将磁铁针和方位盘联成一体，成为磁针式指南仪，用于航海。 1405-1432 郑和凭指南仪开始人类历史上航海的伟大创举。 1488-1521 哥伦布，伽马，麦哲伦凭借由中国传来的指南仪进行了闻名全球的航海发现。

十七世纪 1600 英国人威廉.吉伯发表了关于磁的专著“磁体”，重复和发展了前人有关磁的认识和实验。 十八世纪 1785 法国物理学家C.库仑用扭枰建立了描述电荷与磁极间作用力的“库仑定律”。 十九世纪 1820 丹麦物理学家H.C.奥斯特发现电流感生磁力。 1831 英国物理学家M.法拉第发现电磁感应现象。 1873 英国物理学家J.C.麦克斯韦在其专著“论电和磁”中完成了统一的电磁理论。 1898-1899 法国物理学家P.居里发现铁磁性物质在特定温度下（居里温度）变为顺磁性的现象。 二十世纪 1905 法国物理学家P.I.郎之万基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。 1907 法国物理学家P.E.外斯提出分子场理论，扩展了郎之万的理论。

1921 奥地利物理学家W.泡利提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位。美国物理学家A.康普顿提出电子也具有自旋相应的磁矩。 1928 英国物理学家P.A.M.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W.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 苏联物理学家郎道完成了巨著“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。 1936-1948 法国物理学家L.奈耳提出反铁磁性和亚铁磁性的概念和理论，并在随后多年的研究中深化了对物质磁性的认识。 1967 旅美奥地利物理学家K.J.斯奈特在量子磁学的指导下发现了磁能积空前高的稀土磁体(SmCo5)，从而揭开了永磁材料发展的新篇章。1974 第二代稀土永磁-Sm2Co17问世。 1982 第三代稀土永磁-Nd2Fe14B问世。 1990 原子间隙磁体-Sm-Fe-N问世。 1991 德国物理学家E.F.克内勒提出了双相复合磁体交换作用的理论基础，指出了纳米晶磁体的发展前景。

磁学基础

3.15 磁学基础 C.A. Ross, 麻省理工大学，材料科学与工程系 参考文献：Jiles，Introduction to Magnetism and Magnetic Materials 磁物理量及单位 H＝磁场，A/m －表示能量梯度，或偶极子扭矩 B＝磁通量密度，T或Wb/m2 －单位面积的磁力线数目 M＝磁化量，A/m －磁矩，材料对磁场的响应 H 来自电流： 电流i在半径r处产生切线磁场H = i/2πr，磁场也可从磁性材料中产生。 B依赖于H： 在自由空间：B＝μ0H μ0 ＝4π 10-7 Henry/m 然而在材料内部：B＝μ0 (H+M) 或者：B＝μ0 μr H μr = 相对磁导率 或者：M＝H(μr -1) 或者：M＝χH χ＝(μr -1) ＝磁敏感强度 M和B都表明了材料是如何对磁场H做出响应的。B的磁力线是连续的。 注意以cgs单位表示的相同的表达式： B (Oersted)＝H (Gauss)＋4πM (emu/cc) 这里1Oe ＝ (1000/4π) A/m ＝79.6 A/m 1G = 10-4 T 1 emu/cc = 1 kA/m 不同类型材料 抗磁体：原子没有净磁矩，但是磁场会感应一个与磁场方向相反的小磁矩。磁化率为负值（μr <1）。 顺磁体：原子有净磁矩，但是其自旋方向是任意排列的。外加磁场可以轻微地改善排列，因此得到一个随1/T变化的小磁化率（μr >1）。 铁磁体具有自发磁化，其大的磁化率与样品的历史有关。表现出非线性和回线行为。

磁行为的起源 由于运动电荷的原因，电子的角动量产生磁化现象。 磁化现象来自：1）电子自旋，2）电子轨道运动。 成对电子的贡献互相抵消，因此经常在非成对电子的材料中发现强的磁化效应。 一个电子具有的磁矩为1 μB（波尔磁子）＝ 9.27×10-24 Am2 Stern-Gerlach和Zeeman实验表明了原子中磁化现象的量子化。 我们期望在过渡族金属（3d轨道未被填满）和稀土元素（4f轨道未被填满）中发现大的磁化效应，因为它们可能具有大的净自旋量。 例如：Fe3+离子有3d5轨道：每个原子具有5 μB（忽略轨道的贡献） Fe原子有3d8轨道：每个原子具有2 μB 由于交换耦合作用，铁磁体在相邻原子中发生自旋的自发有序化。如果自旋角为θ，则：交换能＝A(1-cosθ) 这里A为交换常量，例如，Fe的值为1.4×10-20 J 负的A值表示反平行排列：材料是反铁磁的或者亚铁磁的。 在居里温度以上，自旋是无序的，因此有kT~A（Fe的居里温度为770o C）。 自旋的定向排列通常形成具有不同取向的畴，整个样品不会表现出净磁矩。然而，这些畴可通过一个相对小的磁场实现定向排列（也就是说，畴壁可被移动），并引起大的净磁矩，因此其磁敏感强度会很高。M-H曲线为回线形状；重要的回线参数包括： －曲线围成的面积（磁场来回循环时消耗的能量） －饱和磁化强度（大磁场下的磁化强度） －剩余磁化强度（零磁场下的剩余磁化量） －矫顽场强（将磁化量变为零所需要的磁场强度） 各向异性与畴 磁能量包括以下各项： －交换能（所有的自旋平行排列以达到最小化） －静磁能（各畴具有不同取向，对外不显示磁场，从而达到最小化） －塞曼能（由于外加磁场E＝MH而形成的势能） －磁晶能（如果磁化沿一定的晶体学方向取向，例如Co中的c轴，则会降低能量） 形成畴结构可以降低能量。畴的典型尺寸为微米量级或者更大；畴壁宽度约为100 nm。 磁晶各向异性表示将磁化方向从取向轴（容易形成）“拉”回所需的能量。

第七章 磁质 电磁学

第七章磁介质 一、教学内容 （1）磁介质存在时静磁场的基本规律 （2）顺磁性与抗磁性 （3）位移电流与麦克斯韦方程组 （4）平面电磁波 二、教学方式 讲授 三、讲课提纲 这章内容主要与电介质理论对比学习。 7-1 磁介质存在时静磁场的基本规律 采用研究电介质相同的思路来研究磁介质。 电介质存在时的静电场：束缚(极化)电荷；电极化强度→电位移矢量 →有电介质的高斯定理 磁介质存在时静磁场：磁化电流；磁化强度→磁场强度→有磁介质的 安培环路定理 关于磁介质存在着两套等价的观点：分子电流观点和磁荷观点。这两套理论的微观模型不同，但宏观结果完全一样。本章主要讨论分子电流理论。 主要内容：研究磁场与磁介质的相互作用。涉及到以下概念和定理：磁介质、磁化强度、磁场强度、磁场中的安培环路定理、铁磁质。 一、磁介质的磁化磁化强度 磁介质的磁化可以用安培的分子电流假说来解释。 1、分子电流观点： 安培认为，由于电子的运动，每个磁介质分子（或原子）相当于

一个环形电流，叫做分子电流。其磁矩叫做分子磁矩。 （1）无外磁场时 一般由于分子的热运动,各分子环流的取向完全是混乱的，各分子磁矩方向杂乱，大量分子的磁矩相互抵消，宏观不显磁性。 （2）有外磁场时 在外磁场的力矩作用下，分子环流的取向会发生转向, 在一定程度上沿着场的方向排列。 外磁场越强,转向排列越整齐。 （3）结果： 当介质均匀时由于分环流的回绕方向一致，在内部任何两个分子环流中相邻的那一对电流元回绕方向总是彼此相反，相互抵消。即在宏观上，这横截面内所有分子环流的总体与沿截面边缘的一个大环形电流等效，就象是一个由磁化电流组成的“螺线管”，它在棒内的方向与外磁化场一致，则增加了原磁场。 2、磁化电流和传导电流的定义 （1）磁化电流定义：是分子电流因磁化而呈现的宏观 电流，它不相应于带电粒子的宏观位移。 （2）磁化电流特点：是介质磁化的宏观表现；是分子 电流规则排列的宏观结果；不伴随真实的电荷的宏观运动。 可以和传导电流一样，激发磁场。 （3）传导电流（非磁化电流）：除磁化电流之外的电流。 也叫自由电流，如金属中自由电子宏观移动造成的电流、 电解液中正、负离子、气体中的离子和电子宏观迁移造成 的电流以及各真空管中的电子流等。 （4）传导电流的特点：必然相应于带电粒子的宏观移动。 3、有磁介质存在时的总磁场 有电介质存在时的总场强：E E E '+=???0，其中0E ?为自由电荷产生的场强，E ' ?为极化电荷产生的场强。 有磁介质存在时的总磁场：B B B '+=???0,其中0B 为没有磁介质(即真空)存在时的磁场，由传导电流产生的。B '?为磁介质放入磁场中被磁化后产生的磁场，是由磁化电流产生的附加场。注：磁介质在均匀磁场中被磁化产生的附加场也是均匀场。 为了描写磁介质磁化程度，可以仿照极化强度P ?（V p P i ?=∑??，其中i p ?代表V ?内第i 个分子的偶极矩）定义一个磁化强度。

磁学基础

1.3.4 安培环路定律 安培发现在电流产生的磁场中,矢量H 沿任意闭合曲线的积分等于此闭合曲线所环绕的所有电流的代数和(图1.6),即 Hdl H dl I l l ??∑==cos θ (1.4) 式中H －磁场中某点A 处的磁场强度；dl －磁场中A 点附近沿曲线微距离矢量；θ－H 与dl 之间的夹角。∑I －闭合曲线所包围的电流代数和。电流方向和磁场方向的关系符合右螺旋定则。如果闭合回线方向与电流产生的磁场方向相同，则为正。反之为负。式(1.5)称为安 培环路定律，或称为全电流定律。 图1.6(a)环路包围只有I ,所以∑I =I ,如图1.6(b)环路包围的是正的I 1和负的I 2,尽管图中有I 3存在,但它不包含在环路之内，所以∑I=I 1-I 2。 为说明安培定律的应用，以环形线圈为例(图1.7)。环内的介质是均匀的，线圈匝数为N ，取磁力线方向作为闭合回线方向，沿着以r 为半径的圆周闭合路径，应用式(1.5)，方程的左边可得到 Hdl Hl r H ?==?2π （1.5） 1.3.5 电磁感应定律 由实验可知，如果一个条形磁铁插向线圈中(图1.6)时，接在线圈两端的电流表指针将发生偏转；如果磁铁不动，则电流表指针不转动。如果将磁铁从线圈中取出，电流表指针与插入时相反方向偏转。由此可见，当通过线圈的磁通发生变化时，不论是什么原因引起的变化，在线圈两端就要产生感应电动势。而且磁通变化越快，感应电动势越大，即感应电动势的大小正比于磁通的变化率，对于1匝线圈，即 e t =?φ? 如果是一个N 匝线圈，每匝的磁通变化如果相同，则 e N t N t t ===?φ????ψ?()φ 式中ψ=N φ是各线圈匝链的总磁通，称为磁链。由上式可见，磁通单位韦伯，也就是伏秒。即单匝线圈匝链的磁通在1秒内变化1韦伯时，线圈端电压为1伏。可见，可以利用这个关系定义磁通单位(伏秒—VS )，再由磁通单位定义磁通密度B 的单位。 上式就是法拉第定律。但此定律只说明感应电动势与磁通变化量之间的关系，并没有说明感应电动势的方向。楞次阐明了变化磁通与感应电势产生的感生电流之间在方向上的关系。即在电磁感应过程中，感生电流所产生的磁通总是阻止磁通的变化。即当磁通增加时，感生电流所 (a) (b) 图1.6 安培环路定律 S N 图1.6 电磁感应

电磁学16-磁介质

第六章磁介质?介质在磁场中的磁化现象?磁介质存在下的磁场理论

§6.1 磁介质的磁化

磁介质的磁化现象 ?物质和磁场的相互作用有多种效应，包括光学、力学、热学等各种效应；有些物质自身会呈现出磁性；本章主要讨论磁化效应。 ?一般的，物质在外磁场下作用下都会呈现出一定的磁性，这称为磁化。 –有的物质自然状态下不显示磁性，但在外磁场中会 受一定的作用力，尽管受力可能比较轻微。 ?1g物质受力的数据(N)(负号为斥力)(磁场1.8T, 17T/Cm)： Fe(4), Al(1.7e-4), Na(2e-4),H O(-2.2e-4),Cu(-2.6e-5),Pb(-3.7e-4) 2 –有铁芯的线圈，电感会增加，磁场会增强。 ?在我们讨论物质的磁性质时，就把物质称为磁介质。

顺磁性和抗磁性 ?同电介质的极化不同，从磁化规律看有两种性质相反的磁介质： –顺磁质：磁介质在磁化后的等效磁矩和外磁场同向，比如铝、钠 –抗磁质：磁介质在磁化后的等效磁矩和外磁场反向，比如铜、铅、水 –在外磁场下，顺磁质和抗磁质在磁化后的受力方向相反。 –注意：在外磁场中放入磁介质，磁场是增强还是减弱了？和电介质的极化比较一下。

磁化现象的解释 ?最初，物质磁效应的解释是“磁荷”说。磁荷说难以解释抗磁性的存在；迄今也未发现磁荷。?后来，安培提出了磁性的电流说。认为物质的磁性起源于物质体内“分子环流”。 ?现代观点看，原子中存在电子、原子核运动导致的原子的总磁矩是物质磁性的起源。 –自然状态下，如果原子自身磁矩为零，或者尽管有 非零的原子磁矩，但大量原子随机取向导致叠加的 磁矩为零，则物质不显示宏观磁性。 –在自然条件下，或在外磁场的作用下，如果物质中 大量原子磁矩的叠加非零，则物质显示宏观磁性。

电磁学练习题(磁介质)

湖州师院 314条目的4类题型式样及交稿式样 (有介质存在时的磁场) 1. 选择题 1． 用细导线均匀密绕成长为l 、半径为a （l >>a ）、总匝数为N 的螺线管，通以稳恒电 流I ，当管内充满相对磁导率为r μ的均匀介质后，管中任意一点的 （ ） （A ）磁感应强度大小为NI r μμ0； （B ）磁感应强度大小为l NI r /μ； （C ）磁场强度大小为l NI /0μ； （D ）磁场强度大小为l NI /。 答案：（D ） 2．顺磁物质的磁导率： （ ） (A) 比真空的磁导率略小 (B) 比真空的磁导率略大。 (C) 远小于真空的磁导率 (D) 远大于真空的磁导率。 答案：（B ） 3．关于稳恒磁场的磁场强度H 的下列几种说法中哪个是正确的?（ ） (A) H 仅与传导电流有关； (B)若闭合曲线L 内没有包围传导电流，则曲线上各点的H 必为零； (C)若闭合曲线L 上各点H 均为零，则该曲线所包围传导电流的代数和为零； (D)以闭合曲线L 为边缘的任意曲面的H 通量均相等． 答：C 4．两个大小相同的螺线管，甲中插有铁芯，乙中无铁心，若要使二者的磁场强度相等，则 所通的电流（ ） （A ） 甲比乙大； （B ） 乙比甲大； （C ） 二者相等； （D ） 与电流无关。 答：B 5、在稳恒磁场中，有磁介质存在时的安培环路定理的积分形式是（） A 、=??L l d B ∑i i I B 、=??L l d H ∑i i I C 、=??L l d H 0μ∑i i I D 、??????+=?S L S d t D I l d H 0 答案：B 2. 判断题： 1．只要导体中的传导电流和磁介质中的磁化电流分布相同，则它们产生的磁场也相同. 答：对。

第十五届全国磁学和磁性材料学术会议格式要求和示例

征文格式要求说明： (1)每篇论文为1页，请严格按要求格式编辑。文责自负。请用A4纸排版，页 面设置为：上边距：30mm，下边距：20mm，左边距：25mm，右边距：25mm， 对齐方式：两端对齐。不编页码。 (2)题目用三号或16磅黑体字加粗居中，题目和作者之间空一行。作者用小四 号或12磅宋体居中，作者和作者之间空一字。作者单位请写全称，不用简 称，用小五号或9磅宋体居中，单位和正文之间空一行。除英文和数字外均 为宋体，英文和数字为Times New Roman。 (3)正文字号为五号或10磅，用1.25行距，正文内容包括引言、实验、结果与 讨论、结论、致谢等，不必列出标题，可分段。文中可插入图表和照片，图 表以及照片的说明，使用字号为小五或9磅。文中的插图要精选，大小适中， 线条均匀，主辅线分明。图题应简洁明确，并具有专指性。表头的量或用来 标记图形轴线的量，用“物理量/单位”形式标记 (4)参考文献用字号为小五或9磅，请注明所有作者，杂志名（可简称），卷， 年，页。 征文示例见附件

附：征文示例 La 0.9Sr 2.1Mn 2O 7单晶的磁性和电输运 马骁 寇志起 何为 唐雁坤 邸乃力 成昭华 李庆安 中国科学院物理研究所磁学国家重点实验室，北京 100080 近年来，钙钛矿锰氧化物再次引起了物理学界的普遍关注[1]。在这一体系中双层钙钛矿锰氧化 物因为：大的磁电阻、强的各向异性、电荷有序等成为这一领域的一个热点。而单晶双层钙钛矿锰氧化物可以更清楚、准确的研究上述特性，而且单晶材料更多的反映了材料内禀的特性。 我们用浮区法在四镜浮区炉中制备了La 0.9Sr 2.1Mn 2O 7单晶，XRD 测量表明这些晶体具有Sr 3Ti 2O 7 结构。对该亮面进行XRD 测量表明该面为ab 面，Laue 斑点也证明该单晶片具有很好的质量。利用PPMS 对磁性和电性进行测量。 磁性(图1)和电性（图2）的测量表明：磁性和电性都具有明显的各向异性，这与该材料晶体结构的对称性有密切的关系；该晶体在252K 以下进入电荷有序态，在203K ，A 型反铁磁态出现，反铁磁态出现后电荷有序迅速减弱，在低于50K 后，电荷有序态又开始出现，该材料中极化子的能带带宽与温度相关可以导致这一电荷有序重入行为；加场后该材料表现出磁电阻行为，这与外场导致的电荷有序熔化有关；对高温区电阻率进行拟和表明其导电机制为SE-VRH 机理（一种与电子间库仑相互作用有关的导电机制）；这说明在高温区库仑相互作用对电子的输运作用起着重要的作用 图1. 5 kOe 场下磁化强度随温度的变化 图2. 零场电阻率随温度的变化 本文得到国家自然科学基金及国家重点基础研究发展规划项目资助。 参考文献 [1] R. von Helmholt, J. Wecker, B. Holzapfel, L. Schultz and K. Samwer, Phys. Rev. Lett. 71, 2331(1993). M (e m u /g )

高中物理竞赛辅导电磁学讲义专题：第七章磁介质5节

§5 磁场的能量和能量密度 一、磁场能量及能量密度 1、电磁能定域于场中 (1) 电能定域于电场中，即场具有能量、电能储于电场中：E D w e ?=2 1； (2) 同样，磁能也储于磁场中，场能密度为：H B w m ?=21 2、公式推导 出发点：自感线圈储能2 2 1LI W m =。 特 例：螺绕环. 真空下---V n I L nIS N S NB nI B 200 000000,,μψμψμ== === 充满μ介质时---??? ????=======。，所以：；2 202 00000,,I n HB V n L L I n H B I n B μμμμμμψψμμμ 另一方面看：HBV VI n LI W m 2 1 21212202=== μμ， HB V W w m m 2 1 == ∴ (因螺绕环内场能均匀分布)。 [讨论] (1) 考虑到方向，有磁能密度公式：H B w m ?=2 1； (2) V W m ∝表明能量分布于磁场中； (3) 上述虽然特例导出，但可推广至一般：遍及场全部空间V dV H B W V m ,21????= ； (4) 真空下20 202121B H w m μμ== 。 二、两线圈之总磁能公式 如图7-18中1、2两回路，空间任一场点p 之磁场为两回路电流激发场的叠加 2121,B B B H H H +=+=

互 自互 自 总磁能W W dV H H dV H H dV H H B B dV H B W V V V m +=?++=+?+=?=∴???? 2102 22102121)21)()(21 21μμμμ 图7-18 [讨论] 1、上述公式本身表明，系统总磁能m W 只与最后所处状态有关，而与建立电流的过程（次序）无关。 2、第一项为21,L L 两线圈各自的自感磁能之和，第二项则为互感磁能。 3、第一项恒正，但第二项可正（夹锐角21,H H ）、可负（夹钝角21,H H ）。 三、由磁能公式计算自感、互感系数——磁能法 1、求自感L 若空间仅由某一载流回路激发，则因 ??==V m dV H B LI W 21212 有 ??=V dV H B I L 21 2、求互感M 若空间场由多回路载流激发，则因 dV H H I MI W V 21021 ?==? μ μ互 有 dV H H I I M V 2102 11 ?=?μ μ P L 1 μ L 2 B