磁介質(zhì)的磁化規(guī)律學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化(chu)規(guī)律規(guī)律第一頁(yè)，共27頁(yè)。mMH0BHM00BHM00(1)mrHH 磁化率磁化率相相對(duì)對(duì)(xingdu)磁磁導(dǎo)導(dǎo)率率B和和M的關(guān)系的關(guān)系(gun x)為為 01rmmBMMk 各向同性線(xiàn)性磁介質(zhì)各向同性線(xiàn)性磁介質(zhì) , 1, 0m很很小小|mM和和B同向，順磁質(zhì)同向，順磁質(zhì), 1, 0m很很小小|mM和和B反向，抗磁質(zhì)反向，抗磁質(zhì)真空中，真空中，M=0, 1, 0m0BH無(wú)磁化現(xiàn)象無(wú)磁化現(xiàn)象 第1頁(yè)/共27頁(yè)第二頁(yè)，共27頁(yè)。地位地位(dwi)(dwi)和作用類(lèi)和作用類(lèi)似于似于e e 第2頁(yè)/共27頁(yè)第三頁(yè)，共27頁(yè)。 m分子分子(fnz)=0 m分子

2、分子(fnz)00BB鐵鐵磁質(zhì)磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）（鐵、鈷、鎳等）順磁質(zhì)順磁質(zhì) 0BB0BB抗抗磁質(zhì)磁質(zhì)（鋁、氧、錳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)弱磁質(zhì)2 磁介質(zhì)分類(lèi)磁介質(zhì)分類(lèi)(fn li)強(qiáng)磁性強(qiáng)磁性(cxng)第3頁(yè)/共27頁(yè)第四頁(yè)，共27頁(yè)。5分子圓電流和磁矩分子圓電流和磁矩 mI無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)順順 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化0B有外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)sI0BBB順順磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)二二 順磁質(zhì)的磁化順磁質(zhì)的磁化(chu)第4頁(yè)/共27頁(yè)第五頁(yè)，共27頁(yè)。三三 抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的磁化(chu)第5頁(yè)/共27頁(yè)第六頁(yè)，共27頁(yè)。7無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)抗磁質(zhì)無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)抗

3、磁質(zhì)分子磁矩為零分子磁矩為零 0m0BBB抗抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)qv0B0,B 同同向向時(shí)時(shí)qv0,B 反反向向時(shí)時(shí)0BFmFmmm抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的磁化第6頁(yè)/共27頁(yè)第七頁(yè)，共27頁(yè)。lmiSn22eeveiTr2lemLm 與角動(dòng)量方向與角動(dòng)量方向(fngxing)(fngxing)相反相反n電子電子(dinz)(dinz)自旋磁矩自旋磁矩SemSm n若所有電子的總角動(dòng)量為零，抗磁若所有電子的總角動(dòng)量為零，抗磁n所有電子的總角動(dòng)量不為零所有電子的總角動(dòng)量不為零 ，順磁，順磁 2Lmr第7頁(yè)/共27頁(yè)第八頁(yè)，共27頁(yè)。加外磁場(chǎng)加外磁場(chǎng)(cchng)，電子受庫(kù)侖力、洛倫茲力（指向中，電

4、子受庫(kù)侖力、洛倫茲力（指向中心），假設(shè)軌道的半徑不變（相當(dāng)于定態(tài)假設(shè)），一般有心），假設(shè)軌道的半徑不變（相當(dāng)于定態(tài)假設(shè)），一般有洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力rmrZe202024213020)4(mrZermrBerZe20202400,02022第8頁(yè)/共27頁(yè)第九頁(yè)，共27頁(yè)。20000e rBmreBmrmrmrBerBerZe02000020224洛倫茲力遠(yuǎn)小洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖于庫(kù)侖(kln)力，高階小量力，高階小量，略，略meB20 考慮電子角速度反平行于外磁場(chǎng)考慮電子角速度反平行于外磁場(chǎng)(cchng)，有同樣結(jié)論，有同樣結(jié)論，的方向總與外磁場(chǎng)的方向總與外磁場(chǎng)(cchng

5、)相同相同 電子角速度改變將引起電子磁矩改變電子角速度改變將引起電子磁矩改變 222024ere rmBm 總是總是(zn sh)與外磁與外磁場(chǎng)方向相反場(chǎng)方向相反第9頁(yè)/共27頁(yè)第十頁(yè)，共27頁(yè)。0MmB一般情況下的討論一般情況下的討論(toln)，夾角為任意角，夾角為任意角0ldLMmBdt2lemLm SemSm lMmML旋進(jìn)旋進(jìn)(xun jn)，拉摩進(jìn)動(dòng)，只改變角動(dòng)量方向，不改變其大小，拉摩進(jìn)動(dòng)，只改變角動(dòng)量方向，不改變其大小d0BLmlSmmm以以軌道角動(dòng)量軌道角動(dòng)量變化為例變化為例第10頁(yè)/共27頁(yè)第十一頁(yè)，共27頁(yè)。d0BLm00sin2sin2llddLmeddtLLmedLm

6、 BdtBm 0ldLMmBdtlMmML旋進(jìn)，拉摩進(jìn)動(dòng)，只改變旋進(jìn)，拉摩進(jìn)動(dòng)，只改變(gibin)角動(dòng)量方向角動(dòng)量方向附加附加(fji)角速度角速度22lerm 和外加磁場(chǎng)和外加磁場(chǎng)(cchng)反向反向完全抗磁性完全抗磁性 ：超導(dǎo)體：超導(dǎo)體 邁斯納效應(yīng)邁斯納效應(yīng) 超導(dǎo)重力儀超導(dǎo)重力儀B=0M=-H第11頁(yè)/共27頁(yè)第十二頁(yè)，共27頁(yè)。2 起始磁化起始磁化(chu)曲線(xiàn)：曲線(xiàn)：Ms、Bs分別為飽和磁分別為飽和磁化化(chu)強(qiáng)度和飽和磁強(qiáng)度和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度 000,()rMBHHBHMM 第12頁(yè)/共27頁(yè)第十三頁(yè)，共27頁(yè)。14矯頑力矯頑力cH 當(dāng)外磁場(chǎng)由當(dāng)外磁場(chǎng)由 逐漸減小時(shí)，這

7、種逐漸減小時(shí)，這種 B的變化落后于的變化落后于H的變的變化的現(xiàn)象，叫做化的現(xiàn)象，叫做磁滯磁滯現(xiàn)象現(xiàn)象 ，簡(jiǎn)稱(chēng)，簡(jiǎn)稱(chēng)磁滯磁滯.mHmBmHPrBcHmHPmBHBO磁滯回線(xiàn)磁滯回線(xiàn)Q 由于磁滯，由于磁滯， 時(shí)，時(shí)，磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度 ， 叫做剩余磁感強(qiáng)叫做剩余磁感強(qiáng)度度( (剩磁剩磁) ).0H0BrB3 磁滯回線(xiàn)磁滯回線(xiàn) 第13頁(yè)/共27頁(yè)第十四頁(yè)，共27頁(yè)。第14頁(yè)/共27頁(yè)第十五頁(yè)，共27頁(yè)。dIdtdtdIdtIdA000lNnnIH,0VHdBSlHdBNSdBlNHdIdA0NSBHdBVdAda積積”磁磁滯滯回回線(xiàn)線(xiàn)所所包包圍圍的的“面面磁滯回線(xiàn)磁滯回線(xiàn)HdBdaa第15頁(yè)/共27頁(yè)

8、第十六頁(yè)，共27頁(yè)。 磁磁 疇疇無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)B有有外外磁磁場(chǎng)場(chǎng)l 實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁質(zhì)的磁性主要來(lái)源于電子自旋磁矩。未實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁質(zhì)的磁性主要來(lái)源于電子自旋磁矩。未有外磁場(chǎng)時(shí)鐵磁質(zhì)中電子自旋磁矩可以在小范圍內(nèi)有外磁場(chǎng)時(shí)鐵磁質(zhì)中電子自旋磁矩可以在小范圍內(nèi)“自發(fā)自發(fā)”排列起來(lái)，形成小的排列起來(lái)，形成小的“自發(fā)磁化區(qū)自發(fā)磁化區(qū)”磁疇磁疇 l 其原因是相鄰原子中電子間存在一種交換其原因是相鄰原子中電子間存在一種交換(jiohun)作用作用（一種量子效應(yīng)），使電子的原子磁矩平行排列起來(lái)，從（一種量子效應(yīng)），使電子的原子磁矩平行排列起來(lái)，從而自發(fā)磁化而自發(fā)磁化第16頁(yè)/共27頁(yè)第十七頁(yè)，共27頁(yè)。在外磁

9、場(chǎng)撤消后，鐵磁質(zhì)內(nèi)摻雜和內(nèi)應(yīng)力或因?yàn)榻橘|(zhì)存在外磁場(chǎng)撤消后，鐵磁質(zhì)內(nèi)摻雜和內(nèi)應(yīng)力或因?yàn)榻橘|(zhì)存在在(cnzi)缺陷阻礙磁疇恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)缺陷阻礙磁疇恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài) 第17頁(yè)/共27頁(yè)第十八頁(yè)，共27頁(yè)。a 片形疇（片形疇（L=8微米）；微米）； b 蜂窩蜂窩(fngw)疇（疇（L=75微米）；微米）； c 楔形疇楔形疇?zhēng)追N鐵磁材料的磁疇結(jié)構(gòu)，幾種鐵磁材料的磁疇結(jié)構(gòu)，a、b為為Ba鐵氧體單晶基面上的磁疇結(jié)構(gòu)，鐵氧體單晶基面上的磁疇結(jié)構(gòu)，L為晶體厚度為晶體厚度；c 為鈷的兩個(gè)晶粒上的磁疇結(jié)構(gòu)為鈷的兩個(gè)晶粒上的磁疇結(jié)構(gòu)第18頁(yè)/共27頁(yè)第十九頁(yè)，共27頁(yè)。第19頁(yè)/共27頁(yè)第二十頁(yè)，共27頁(yè)。HBO

10、軟軟磁材料磁材料HBO硬硬磁材料磁材料HBO矩矩磁鐵氧體材料磁鐵氧體材料 軟磁材料軟磁材料 矯頑力小，磁滯回線(xiàn)瘦，磁滯損耗矯頑力小，磁滯回線(xiàn)瘦，磁滯損耗??；?。?有的有的BR小，通電后立即磁化獲得強(qiáng)小，通電后立即磁化獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，斷電立即退磁，適合用于強(qiáng)電磁場(chǎng)，斷電立即退磁，適合用于強(qiáng)電(qin din) 有的起始磁導(dǎo)率大，適合用于弱電有的起始磁導(dǎo)率大，適合用于弱電第20頁(yè)/共27頁(yè)第二十一頁(yè)，共27頁(yè)。n磁頭磁頭(ctu)n寫(xiě)入過(guò)程：磁頭寫(xiě)入過(guò)程：磁頭(ctu)將電信號(hào)將電信號(hào)磁場(chǎng)磁場(chǎng)n讀出過(guò)程：將磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)讀出過(guò)程：將磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)電信號(hào)電信號(hào)n磁記錄介質(zhì)：內(nèi)存、外存、磁盤(pán)和磁記錄介

11、質(zhì)：內(nèi)存、外存、磁盤(pán)和磁帶等磁帶等HBO矩矩磁鐵氧體材料磁鐵氧體材料第21頁(yè)/共27頁(yè)第二十二頁(yè)，共27頁(yè)。%6%2/RR%50/達(dá)到RR631010/ RR第22頁(yè)/共27頁(yè)第二十三頁(yè)，共27頁(yè)。 法國(guó)科學(xué)家阿爾貝法國(guó)科學(xué)家阿爾貝費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得格林格林貝格爾因分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)共獲貝格爾因分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)共獲2007年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。物理學(xué)獎(jiǎng)。 諾貝爾評(píng)委會(huì)主席佩爾諾貝爾評(píng)委會(huì)主席佩爾卡爾松用兩張圖片的對(duì)卡爾松用兩張圖片的對(duì)比比(dub)說(shuō)明了巨磁阻的重大意義：一臺(tái)說(shuō)明了巨磁阻的重大意義：一臺(tái)1954年體積年體積占滿(mǎn)整間屋子的電腦，和一個(gè)如今非常普

12、通、手掌般占滿(mǎn)整間屋子的電腦，和一個(gè)如今非常普通、手掌般大小的硬盤(pán)。正是巨磁阻的發(fā)現(xiàn)，單位面積介質(zhì)存儲(chǔ)大小的硬盤(pán)。正是巨磁阻的發(fā)現(xiàn)，單位面積介質(zhì)存儲(chǔ)的信息量才得以大幅提升。的信息量才得以大幅提升。 一位科研人員也說(shuō)：一位科研人員也說(shuō)：“看看你的計(jì)算機(jī)硬盤(pán)存儲(chǔ)看看你的計(jì)算機(jī)硬盤(pán)存儲(chǔ)能力有多大，就知道他們的貢獻(xiàn)有多大了。能力有多大，就知道他們的貢獻(xiàn)有多大了?！?我們我們司空見(jiàn)慣的筆記本電腦、司空見(jiàn)慣的筆記本電腦、MP3、U盤(pán)等消費(fèi)品，都閃盤(pán)等消費(fèi)品，都閃爍著耀眼的科學(xué)光芒。諾貝爾獎(jiǎng)并不總是代表著深?yuàn)W爍著耀眼的科學(xué)光芒。諾貝爾獎(jiǎng)并不總是代表著深?yuàn)W的理論和艱澀的知識(shí)，有時(shí)就在我們身邊，在我們不的理論和艱澀的知識(shí)，有時(shí)就在我們身邊，在我們不曾留意的日常生活中。曾留意的日常生活中。第23頁(yè)/共27頁(yè)第二十四頁(yè)，共27頁(yè)。25 例例1 有兩個(gè)半徑分別為有兩個(gè)半徑分別為 和和 的的“無(wú)無(wú)限長(zhǎng)限長(zhǎng)”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對(duì)磁導(dǎo)率為對(duì)磁導(dǎo)率為 的磁介質(zhì)的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流通有相反方向的電流 時(shí)，時(shí)，試試 求求（1）磁介質(zhì)中任意點(diǎn)磁介質(zhì)中任意點(diǎn) P 的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小; （2）圓柱體外面一點(diǎn)圓柱體外面一點(diǎn)Q 的磁感強(qiáng)度的磁感強(qiáng)度.rrRIIrrdIR第24頁(yè)/共27頁(yè)