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第一章 磁学基础知识 磁与电究竟存在什么联系? 磁性的起源Origin of Magnetism 磁矩:μm= iS (A·m2)磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩ｍ=I?S。其方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘积IΔS。 磁偶极矩:jm= ml (Wb·m) , 其中m为磁偶极子的磁极强度. 两个磁极间作用力：F =（m1m2）/（4πμ0 r2) jm = μ0 μm , 其中μ0= 4π×10-7 H/m 磁感应强度: B (特斯拉) 磁场强度: H (安/米) 磁化强度: M (安/米) 物质磁化后的总磁场为B： B=μ0（H+M） B = μ0 （1+ χ ）H B = μ H ? = B/H Definitions of Three Magnetic Vectors: H??????Magnetic field, 磁场强度 M??????Magnetization, 磁化强度 B??????Magnetic induction, 磁感应强度 ? Two Units: CGS:?(centimeter, gram, second), fictitious magnetic poles? SI: (SI: systme internationale), current sources NiFe坡莫合金： Hc = 2 A/m； Ms = 9.24 × 105 A/m Hd = NMs = 1/3 × 9.24 × 105 = 3.08 × 105 A/m 1.2 材料的磁化 磁化曲线（起始磁化曲线） 磁滞回线 退磁曲线 磁性的分类 弱磁性: 1. 抗磁性： χ 是甚小的负常数，约~10-6数量级。M与H反向. 2. 顺磁性： χ 是正常数，约10-3 ~10-6 数量级. 3. 反铁磁性： χ 为甚小的正常数. 强磁性 4. 铁磁体： χ 为很大的正变数，约在10 ~ 10 6 数量级。 5. 亚铁磁体：与铁磁体相似，但χ 值较小，如磁铁矿（Fe3O4)。 物质的各种磁性 A.是否有固有原子磁矩？B.是否有相互作用？ C.是什么相互作用？ 1. 抗磁性：没有固有原子磁矩 2. 顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用 3. 铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用 4. 反铁磁性：有固有磁矩，间(直)接交换相互作用 5. 亜铁磁性：有固有磁矩，间接交换相互作用 6. 自旋玻璃和混磁性：有固有磁矩，RKKY相互作用 7. 超顺磁性：磁性颗粒的磁晶各向异性与热激发的竞争 4. 反铁磁性（antuferromagnetism) 3. 铁磁性（Ferromagnetism) α-Fe→γ-Fe(910℃); γ-Fe →δ-Fe(1401℃); 强顺磁性过渡族金属Pd溶于Cu,Ag, Au中情况： 5. 亚铁磁性（ferrimagnetism) 小结 复习题 何谓磁矩? 磁矩的最小单元是什么？电子磁矩可分哪几部分？原子的总磁矩与原子结构有何关系？ 何谓铁磁性?铁磁性物质与顺磁性物质有何区别? 何谓抗磁性?产生抗磁性的根源是什么? 列表给出主要磁学量的国际单位和高斯单位，并给出它们之间的换算关系。 M H 抗磁性 顺磁性 亚铁磁性 铁磁性 反铁磁 Classes of Magnetic Materials 物质磁性分类的原则 顺磁性 顺磁性 定义: 当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相同时，固体表现为顺磁性。 顺磁性物质的磁化率一般很小，室温下约为10-3~10-6 数量级。 原子内部存在固有磁矩(离子有未填满的电子壳层)。如过渡元素、稀土元素：3d-金属Ti,V; 4d-金属铌Nb, 锆Zr, 钼Mo，钯Pd；5d-金属(Hf, Ta, W, 铂Pt）。 自由电子的顺磁性大于离子的抗磁性。如：碱金属和碱土金属离子虽然是填满的壳层，但Li，Na, K，Mg， Al是顺磁性金属。 顺磁性物质的磁化率与温度 的关系服从居里-外 斯定律： 磁性的分类 在反铁磁性中，近邻自旋反平行排列，它们的磁矩因而相互抵消。因此反铁磁体不产生自发磁化磁矩，显现微弱的磁性。反铁磁的相对磁化率?的数值为10-5到10-2。与顺磁体不同的是 自旋结构的有序化。 当施加外磁场时，由于自旋间反平行耦合的作用，正负自旋转向磁场方向的转矩很小，因而磁化率比顺磁磁化率小。随着温度升高，有序的自旋结构逐渐被破坏,磁化率增加，这与正常顺磁体的情况相反.然而在某个临界温度以上，自旋有序结构完全消失，反铁