磁学性能材料物理性能.ppt
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如何计算未抵消的自旋磁矩数: 例1:Fe原子 铁原子的基态 A. 铁原子有26个电子,它们在各壳层的填充方式(组态)为1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d6,4s2 其中未填满的次壳层是d层,. B. d层5个不同方向的轨道,每个轨道上可容纳自旋一正一反两个电子,所以d可以容纳10个电子,而现在只填了6个电子,而在填充时,先在5个轨道上分别填上一个电子,它们的自自旋磁矩是互相平行(主样能量最低)然后再填充其余的电子,其自旋方向与先填的5个电子相反,所以铁原子3d层上的6个电子应该是这样分布的 →→→→→ ← C. 因为每个电子的自旋磁偶极矩的在外样场方向上的分量是一个玻 尔磁子,所以未被抵消的自旋磁偶极矩应该是 μSz= 5μB-1μB =4μB 例2:Fe3+ Fe3+的基态 Fe3+有23个电子,组态是1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d5不满也是3d层,按照上述的填充方式3d层的5个电子应该是这样分布的 →→→→→ 结果未抵消的自旋磁偶极矩是 μSz= 5μB 一些金属离子的磁矩 铁族元素磁性简述 铁族元素的磁性最强,这些过渡族金属元素的磁行为特点是d壳层上的磁性电子对磁矩作用贡献,但d南壳层上的电子受外界环境影响大,存在轨道角动量”冻结”现象,按 式中:J原子总角量子数; gj 兰德因子,可由实验精确测定, gj=1时原子磁矩由自旋磁 矩贡献, gj=2时 原子磁矩由轨道磁矩贡献, gj在1~2之间时两者共同贡献; 计算的离子磁矩要比实验值大,这是因为上式是对原子自由状态下获得的,即μj不受周围其它原子的相互作用时,由原子自身的总角动量矩所产生的磁矩.而实际测得的磁矩,并不是单个自由原子或离子子的磁矩. 例如,铁原子它的组态是: 1s2,2s2,2p6,3s2,3p6,3d6,4s2 ,其基态量子数有S=2,L=2,J=4,g=3/2,由上式计算出磁矩应是6.7μB.但实测得铁原子磁矩是2.22μB,两者相差甚大. * Chengdu University of Technology 一、磁性概述 二、磁性起源 三、自发磁化 四、磁性能 五、磁畴 六、磁材料技术磁化 七、铁磁材料的磁化 八、磁性测量 理解磁性本质起源 掌握磁性的分类情况 理解铁磁性与铁电性的异同 第3章 材料的磁学性能 磁化现象 任何物质都有磁性,任何空间都存在磁场 磁化——物质在磁场中受到磁场的作用而表现出一定的磁性,材料在磁场强度 H的外加磁场下会在材料内部产生一定的磁通量密度,称为磁感应强度B,有:B=μH,其中μ为磁导率, 材料磁性来源:安培的分子环流说 3.1材料磁性概述 一、基本磁学量 1.磁场 2.磁化强度矢量 为定量描述磁介质被磁化的程度,引入磁化强度矢量的概念:单位体积内所有分子磁矩的矢量和称为磁化强度矢量。 3.磁场强度矢量 由实验得:对大多数磁介质,磁化强度与磁场强度成正比: 只是一个辅助矢量,在有磁介质存在时描述磁场基本性质的物理量仍是磁感强度矢量 式中:χm称为磁化率。 2.磁感应强度B: Wb(韦伯)是磁通量的单位 M=(μr -1)H, M= χ H 相对磁导率:μr=μ/μ0 相对磁化率: χ ≡ μr –1。 真空 B0=μ0H B0 -磁感强度(Wb·m-2);H 磁场强度(A·m-1) μ0 真空磁导率,4π×10-7(H/m)(亨/米) 介质 B= μ0 ( H+M)= μH 4.磁导率μ μ为介质的磁导率 磁学基本物理量 电学基本物理量 名称 单位 名称 单位 磁极强度q 韦伯Wb 电荷量q 库仑C 磁矩m Wb·m 电偶极矩p C·m 磁化强度M Wb/m2(特斯拉T) 极化强度P C/m2 磁通量? Wb 电流强度I A 磁通密度B Wb/m2 电流密度J A/m2 磁场强度H A/m 电场强度E V/m 磁导率? H/m(亨利/米) 电导率? 1/?·m 磁阻 1/H 电阻ρ ?·m 磁势Vm A·turns 电动势V V 磁学和电学基本物理量的比较 1.抗磁性 外磁场中,感生一个磁矩,与外磁场方向相反,表现为抗磁性。 磁化强度M<0,周期表中前18个主要元素表现为抗磁性。这些元素构成了陶瓷材料中几乎所有的阴离子(O2-,F-,Cl-,N3-,OH-等) 磁矩m =0,χ <0, χ ≈-10-6,μr <1, B < B0
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