§4-5磁介质的磁化规律和机理铁电体.

电介质里，，，对大多数电介质，和与场强无关，的数量级一般不太大(通常在10以内)0e1e，且与无关0mr1H，且与无关1r0mH§4-5磁介质的磁化规律和机理铁电体5.1磁介质的分类电介质与磁介质的比较磁介质，对于不同类型的磁介质情况很不一样顺磁质——抗磁质——铁磁质——MH与不成比例，甚至没有单值关系5.2顺磁质和抗磁质分子磁矩的由来在原子或分子内，一般不止有一个电子分子磁矩：所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和电子轨道磁矩电子自旋磁矩nISm22erevTeI22er若分子中所有电子磁矩（分子固有磁矩）为零，抗磁质若分子中所有电子磁矩（分子固有磁矩）不为零，顺磁质顺磁质的磁化规律顺磁效应：顺磁物质中，分子具有固有磁矩，在外磁场作用下，分子磁矩在一定程度上沿外场排列起来。温度越高，顺磁效应越弱。外磁场对电子轨道运动的影响外磁场作用在一个抗磁原子上，考虑电子的轨道运动(先假设电子角速度平行于外磁场)求无外磁场时的角速度ω0(电子只受库仑力）rmrZe2020242/13020)4(mrZe加不太大的外磁场B电子受库仑力、洛伦兹力（指向中心），假设轨道的半径不变（相当于定态假设），且此时洛伦兹力远小于库仑力（见P257解释）抗磁质的磁化规律0me，rmrBerZe220240022002rmrmrBerBerZe020020224洛仑兹力远小于库仑力，略去高阶小量meB2考虑电子角速度反平行于外磁场，有同样结论，Δω的方向总是与外磁场B同向电子角速度改变将引起电子磁矩改变22ernISmBmreerm42222总是与外磁场方向相反ω0与B成任何角度时：Δω的方向总是与外磁场B相同，从而产生的附加磁矩Δm总是与B的方向相反。抗磁性物质的分子无固有磁矩（每个电子的磁矩m0方向不同，抵消了），但加了外磁场后，每个电子的感生磁矩Δm都与外磁场方向相反，从而整个分子内将产生与外磁场方向相反的感生磁矩。这便是抗磁效应的来源。注：抗磁效应在顺磁介质中也存在，但其顺磁效应比抗磁效应强得多，掩盖了抗磁效应。5.3铁磁质的磁化规律铁磁质以铁为代表的一类磁性很强的物质研究铁磁质的磁化规律的实验方法把铁磁质试样做成闭合环状。上面均匀地绕满导线，在这样一个螺绕环中的磁场强度H是和磁化场的磁场强度H0一样的，根据00nIH当知道罗绕环的匝数及电流I0，就可以得到H。利用一个次级线圈可以测量磁感应强度B。（1）起始磁化曲线M-H曲线磁化场H0=0(即H=0)的时候处于未磁化状态(M=0)，在逐渐增加磁化场H0的过程中，磁化强度M随之增加开始M增加得较缓慢（M-H曲线的OA段），然后经历一段急剧增加的过程（AB段），又缓慢下来（BC段）。再继续增大磁化场时，几乎不再变了，Ms为饱和磁化强度。从未磁化到饱和的这段磁化曲线OS，叫做铁磁质的起始磁化曲线M-H曲线上任何一点联到原点O的直线的斜率代表该磁化状态下的磁化率HMmB-H曲线在铁磁质中，M的数值比H大得多（102-106）倍MMHB00)(B-H曲线的外貌与M-H曲线差不多B-H曲线上任何一点联到原点O的直线的斜率代表该磁化状态下的磁导率00)1(mHB当H的数值由0开始增加时，χm与μ的数值分别由某一数值(χm)起始与μ起始开始增加。然后接近某一最大值(χm)最大与μ最大=1+(χm)最大当H再增加时，由于磁化接近饱和，χm与μ的数值都急剧减少饱和磁化强度MS、起始（相对）磁导率μ起始、最大（相对）磁导率μ最大是标志软磁材料性能好坏的基本量。μ-H曲线（2）磁滞回线MR：剩余磁化强度BR:剩余磁感应强度HC：矫顽力在上述变化过程中，M和B的变化总是落后于H的变化，这一现象称为磁滞现象;上述曲线叫磁滞回线。RC：退磁曲线5.4磁滞损耗当铁磁质在交变磁场作用下，反复磁化，由于磁滞效应，磁体要发热而散失热量，这种能量损失称为磁滞损耗。可以证明：B－H图中磁滞回线所包围的“面积”代表在一个反复磁化的循环过程中单位体积的铁芯内损耗的能量（下一页证明之）磁滞回线越胖，曲线下面积越大，损耗越大磁滞回线越瘦，曲线下面积越小，损耗越小S证明以有闭合铁芯的螺绕环为例设t时刻介质处于某一磁化状态P，此处H0，B0dt内，P—P’，铁芯中磁通改变量为dΨ电源抵抗感应电动势做功dtIdA0dtdtdI0dI0NSBdIdA0NSdBlNH/SlHdBVHdBlNnnIH/,0HdBVdAda积”磁滞回线所包围的“面（磁滞回线）（磁滞回线）HdBdaa5.5铁磁质的分类软磁材料HC小，磁滞回线瘦，磁滞损耗小通电后立即磁化获得强磁场，断电立即退磁（继电器）硬磁材料HC大，HC：104～106A/m；磁滞回线胖，磁滞损耗大撤去外场后，仍能保持强磁性。（永磁体：扬声器、耳机、录音机等）按矫顽力大小分类5.6铁磁质的微观结构和磁化机理自发磁化区近代科学实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁矩。在没有外磁场的条件下铁磁质中电子自旋磁矩可以在小范围内“自发地”排列起来，形成一个个小的“自发磁化区”——磁畴自发磁化的原因是由于相邻原子中电子之间存在着一种交换作用（一种量子效应），使电子自旋平行排列起来，能量最低而达到自发磁化的饱和状态单晶和多晶磁畴结构的示意a：未磁化时状态b：畴壁的可逆位移阶段—OA段c：不可逆的磁化—AB段d：磁畴磁矩的转动—BC段e：趋于饱和的阶段—CS段在外磁场撤消后，铁磁质内掺杂和内应力或因为介质存在缺陷阻碍磁畴恢复到原来的状态磁化过程示意铁磁质的磁化磁畴影响铁磁质磁性的因素温度对磁性有影响——温度高过居里点铁磁性就消失，变为顺磁质。如纯铁的居里点为1043K，镝的居里点为89K；强烈震动会瓦解磁畴尺寸影响磁畴结构性——介观尺度下有新现象介观尺度：即介于宏观尺度与微观尺度之间，一般为0.1—100nm