第7章 磁性材料ppt課件.ppt

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1、第7章磁性材料?磁性的來源及其基本分類?強(qiáng)磁性物質(zhì)及其應(yīng)用?7.1物質(zhì)磁性的來源地球磁場地球就是一塊巨大的磁鐵,它的N極在地理的南極附近,而S極在地理的北極附近.磁性是物質(zhì)的基本屬性磁性材料是古老而年輕的功能材料司南(戰(zhàn)國時(shí)期)司南利用天然磁石琢磨而成,樣子像一把勺,重心位于底部正中,底盤光滑,四周刻有二十四向,使用時(shí)把長勺放在底盤上,用手輕撥,停下后長柄就指向南方。1.材料磁性的起源物質(zhì)的磁性來源于原子的磁矩原子磁矩原子核磁矩電子磁矩原子核磁矩??電子磁矩電子磁矩軌道磁矩自旋磁矩量子力學(xué)的分析:在填滿電子的殼層中

2、,總軌道磁矩和總自旋磁矩均為零物質(zhì)磁矩一般不等同于孤立原子的磁矩和(相互作用)原子磁矩實(shí)際上來源于未填滿殼層中的電子矢量和磁極:磁性強(qiáng)的區(qū)域N極:指北的一端,正磁極;正磁荷,+mS極:指南的一端,負(fù)磁極;負(fù)磁荷,-m磁荷可以看成點(diǎn)磁荷磁偶極子:無限小的磁體產(chǎn)生的磁偶極矩為:(矢量)2.磁偶極子假想在磁極之間存在著一種曲線,它代表著磁極之間相互作用的強(qiáng)弱。這種假想的曲線稱為磁力線,并規(guī)定磁力線從N極出發(fā),最終進(jìn)入S極。在磁極周圍的空間中真正存在的不是磁力線,而是一種場,我們稱之為磁場。磁性物質(zhì)的相互吸引等就是通過磁場

3、進(jìn)行的。磁場的強(qiáng)弱可以用假想的磁力線數(shù)量來表示,磁力線密的地方磁場強(qiáng),磁力線疏的地方磁場弱。?3.磁力線和磁場4.磁場強(qiáng)度:描述空間某一點(diǎn)磁場的大小和方向,用H表示。設(shè)試探磁極的點(diǎn)磁荷為m,它在磁場中某處受力為F,則該處的磁場強(qiáng)度矢量H為:5.磁化強(qiáng)度:指材料內(nèi)部單位體積的磁矩矢量和,用M表示,它反映出磁體的磁性強(qiáng)弱程度。磁感應(yīng)強(qiáng)度:磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義是:B=m0(H+M),其中m0是一個(gè)系數(shù),叫做真空導(dǎo)磁率。導(dǎo)磁率:導(dǎo)磁率實(shí)際上代表了磁性材料被磁化的容易程度,或者說是材料對外部磁場的靈敏程度。導(dǎo)磁率的定義是m=B

4、/m0H,是磁化曲線上任意一點(diǎn)上B和H的比值。?6.磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)磁率7.自發(fā)磁化鐵磁性物質(zhì)內(nèi)的原子磁矩,通過自身的某種作用,克服熱運(yùn)動的無序效應(yīng),能有序取向,按不同的小區(qū)域分布。即物質(zhì)內(nèi)部的原子磁矩是按區(qū)域自發(fā)平行取向的。這種現(xiàn)象稱為自發(fā)磁化。8.磁疇自發(fā)磁化的小區(qū)域,稱為磁疇。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。磁性材料中常見的磁疇形狀:條形疇,樹枝狀疇和迷宮疇Fe3%Si單晶(111)晶面的磁疇結(jié)構(gòu)強(qiáng)磁性材料被磁化后表現(xiàn)出一個(gè)重要特征,即有磁滯回線。磁滯回線是磁化磁場變化(H)一周時(shí),磁性材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)或

5、磁化強(qiáng)度(M)隨之而變化的曲線。由于磁滯,B或M的值,不是沿著原來的磁化路徑改變,而是沿著當(dāng)H作循環(huán)變化時(shí)另外的路徑變化,以至于當(dāng)磁化磁場正反磁化一周所得的磁化曲線,形成一閉合回線。9.磁滯回線變壓器鋼和碳鋼的磁滯回線10.居里溫度對于所有的磁性材料來說,并不是在任何溫度下都具有磁性。一般地,磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc,稱為居里溫度。在這個(gè)溫度以上,由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動,原子磁矩的排列是混亂無序的。在此溫度以下,原子磁矩排列整齊,產(chǎn)生自發(fā)磁化,物體變成磁性材料。利用磁性材料存在居里溫度的特點(diǎn),可以開發(fā)出很多

6、控制元件。在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點(diǎn)為105℃的磁性材料。當(dāng)鍋里的水分干了以后,食品的溫度將從100度上升。當(dāng)溫度到達(dá)大約105度時(shí),由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失,磁鐵就對它失去了吸力,這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會把它們分開,同時(shí)帶動電源開關(guān)被斷開,停止加熱。11.磁致伸縮在鐵磁體和亞鐵磁體材料中,原子磁矩的定向排列,不僅導(dǎo)致磁性質(zhì)的各向異性,還導(dǎo)致鍵合力的各向異性和晶格常數(shù)的擇優(yōu)取向。這種作用在宏觀上的表現(xiàn)為磁化方向上的長度變化,即磁致伸縮。利用磁致伸縮效應(yīng)可以激勵(lì)磁棒產(chǎn)生機(jī)械振動,在電

7、聲技術(shù)有應(yīng)用價(jià)值。4.2物質(zhì)磁性分類物質(zhì)磁性抗磁性順磁性鐵磁性反鐵磁性亞鐵磁性某些物質(zhì)當(dāng)它們受到外磁場H作用后,感生出與(H)方向相反的磁化強(qiáng)度(M),磁化率<0,這種磁性稱為抗磁性。表現(xiàn)出磁化率小于零的物質(zhì)稱為抗磁性物質(zhì)??勾判晕镔|(zhì)有;惰性氣體、大部分有機(jī)化合物、若干金屬(如Bi、Zn、Ag和Mg等)、非金屬(如Si、P和S等)??勾判栽S多物質(zhì)在受到外磁場作用后,感生出與磁化磁場同方向的磁化強(qiáng)度,磁化率>0,但數(shù)值很小,僅顯示微弱磁性。這種磁性稱為順磁性。具有順磁性的物質(zhì)很多,典型的有稀土金屬和鐵族元素的鹽類、除

8、Be以外的堿金屬和堿土金屬以及在居里溫度以上的鐵磁元素Fe、Ni、Co。順磁性鐵磁性物質(zhì)只要在很小的磁場作用下就能被磁化到飽和,不但磁化率>0,而且數(shù)值大到10-106數(shù)量級,其磁化強(qiáng)度M與磁場強(qiáng)度H之間的關(guān)系是非線性的復(fù)雜函數(shù)關(guān)系。這種類型的磁性稱為鐵磁性。鐵磁性物質(zhì)的磁性很強(qiáng),我們通常所說的磁性材料主要是指這類物質(zhì)。反復(fù)磁化時(shí)出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象.鐵磁性物質(zhì)只有

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