磁學(xué)現(xiàn)象與物質(zhì)的磁性詳解

磁學(xué)現(xiàn)象與物質(zhì)的磁性詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共63頁。1優(yōu)選磁學(xué)現(xiàn)象與物質(zhì)的磁性當(dāng)前2頁，總共63頁。2磁及磁現(xiàn)象的根源是電荷的運(yùn)動一些基本的磁現(xiàn)象材料的磁化Maxwell方程所有物質(zhì)都是磁性體原子的磁性物質(zhì)的磁性當(dāng)前3頁，總共63頁。3人們很早就發(fā)現(xiàn)磁性材料具有特殊的功能特性。公元前3世紀(jì)，《呂氏春秋精通篇》中就出現(xiàn)“石，鐵之母也。以有慈石，故能引其子；石之不慈者，亦不能引也”的記載，敘述了磁性材料可以吸引特定的物質(zhì)，如鐵等。戰(zhàn)國末期韓非所著的《有度篇》出現(xiàn)“故先王以立司南以端前夕”的記載；天然磁鐵司南當(dāng)前4頁，總共63頁。4東漢王充的《論衡是應(yīng)篇》中出現(xiàn)了“司南之勺，投之于地，其柢指南”的記載，敘述了磁性材料具有南北極，可以指示南北方向的特性。北宋沈括所著的《夢溪筆談》中已有制作指南針的詳盡描述，指南車指南針當(dāng)前5頁，總共63頁。5明朝《萍洲可談》中出現(xiàn)船舶在蘇門答臘海中航行時(shí)應(yīng)用指南針的詳細(xì)記載，敘述了磁性材料的應(yīng)用。在歐洲，人們在小亞細(xì)亞的Magnesia地區(qū)發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦，因而人們把磁石叫做Magnet。航海羅盤當(dāng)前6頁，總共63頁。6人們雖然很早就發(fā)現(xiàn)了磁性的存在，但對磁性現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識卻經(jīng)歷了相當(dāng)長的時(shí)間。1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律以及楞次發(fā)現(xiàn)的楞次定律，人們才逐漸揭開了磁性的奧秘。隨著原子結(jié)構(gòu)的揭露，尤其是量子力學(xué)的成就，人們對磁性的物理本質(zhì)才有一個(gè)大體滿意的解釋。奧斯特法拉第楞次當(dāng)前7頁，總共63頁。7磁及磁現(xiàn)象的根源是電荷的運(yùn)動當(dāng)前8頁，總共63頁。8一些基本的磁現(xiàn)象當(dāng)電流通過一條導(dǎo)線，生成一個(gè)方向由右手定則指示的磁場。如果大拇指指示正向電流I的方向，四指就指示磁場B的方向。一條載流導(dǎo)線的磁場當(dāng)前9頁，總共63頁。9如果一條載流的長導(dǎo)線被卷成圓筒形，環(huán)繞圓筒線圈可觀察到一個(gè)磁場；磁場的形狀具有環(huán)環(huán)相疊的圓柱對稱性，它的方向由右手定則規(guī)定。此時(shí)，四指指示電流方向，拇指給出線圈內(nèi)部的磁場方向。外部的磁場具有圓環(huán)對稱性。地球磁場源自地球熔融鐵核的流動,這種流動使圖中羅盤針的黑端指示出地理北極的方向。圓筒線圈的磁場當(dāng)前10頁，總共63頁。10一根棒狀磁體從線圈內(nèi)部向外移開，在線圈繞組的兩端可檢測到一個(gè)電壓脈沖。電壓源自線圈內(nèi)磁力線的變化。感生電壓遵從Lenz定律—如果線圈內(nèi)的磁力線發(fā)生變化，在線圈內(nèi)產(chǎn)生的感生電壓是這樣的，由它產(chǎn)生的電流決定的磁場與初始磁場的變化方向相反。線圈內(nèi)磁力線的變化在線圈內(nèi)產(chǎn)生感生電壓當(dāng)前11頁，總共63頁。11磁力線變化產(chǎn)生感生電壓，決定發(fā)電機(jī)和變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)，以及抗磁性的材料行為。對通電導(dǎo)線所示現(xiàn)象的觀察是由HansChristianOersted首先報(bào)道，在19世紀(jì)初AndreAmpere已能用數(shù)學(xué)描述。對電磁感應(yīng)所示現(xiàn)象由MichaelFarady首先報(bào)道，他據(jù)此以數(shù)學(xué)形式寫出了磁感應(yīng)定律。安培當(dāng)前12頁，總共63頁。12材料的磁化任何有限尺寸的物體處于磁場中，都會使它占有的空間的磁場發(fā)生變化，這是由于磁場的作用使物質(zhì)表現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化。有關(guān)物質(zhì)磁化的理論可以用兩種觀點(diǎn)來描述：分子電流觀點(diǎn)和等效磁荷觀點(diǎn)。當(dāng)前13頁，總共63頁。13分子電流觀點(diǎn)向載流線圈內(nèi)安放鐵心可增加磁感應(yīng)通量ф。根據(jù)安培分子環(huán)流假說的簡單模型，鐵心中的每個(gè)磁分子都相當(dāng)于一個(gè)環(huán)形電流。在沒有外磁場作用時(shí)，各分子環(huán)流取向雜亂無章，它們的磁矩相互抵消，不顯示宏觀磁性。如果線圈通以電流，相當(dāng)于給鐵心施加一個(gè)磁化場，則分子電流的磁矩將沿磁化場排列起來，此時(shí)鐵心就被磁化。當(dāng)前14頁，總共63頁。14為描述材料的磁化狀態(tài)，通常引入磁化強(qiáng)度的概念。我們把單位體積內(nèi)的磁矩定義成磁化強(qiáng)度：式中V為試樣的某個(gè)宏觀體積元；∑Pm為體積元內(nèi)環(huán)電流磁矩的總和。當(dāng)前15頁，總共63頁。15材料未磁化時(shí)，環(huán)電流的磁矩沿空間方向的取向統(tǒng)計(jì)分布，∑Pm=0；材料磁化時(shí)，環(huán)電流磁矩沿外場排列起來，產(chǎn)生一個(gè)沿外場的磁化強(qiáng)度。環(huán)電流磁矩定向排列的程度越高，磁化強(qiáng)度矢量也越大。磁化強(qiáng)度等于單位長度試樣上束縛電流的大小，所以磁化強(qiáng)度的單位為A/m。當(dāng)前16頁，總共63頁。16等效磁荷觀點(diǎn)材料的磁分子是磁偶極子。在介質(zhì)未磁化時(shí)，各磁偶極子取向處于無序狀態(tài)，其偶極矩的矢量和∑jm=0；試樣不顯示磁性。施加一個(gè)磁化場后，偶極子受外場作用轉(zhuǎn)向外場方向。由于材料內(nèi)部磁偶極子的整列，其極性在材料內(nèi)部首尾相接互相抵消，因而磁化的宏觀效果表現(xiàn)為試樣兩端出現(xiàn)磁極，稱為磁性的極化。當(dāng)前17頁，總共63頁。17從磁荷觀點(diǎn)描述材料磁化，通常引入磁極化強(qiáng)度矢量的概念，把單位體積內(nèi)磁偶極矩的矢量和定義為磁極化強(qiáng)度J分子電流中的磁化強(qiáng)度M與等效磁荷觀點(diǎn)中的磁極化強(qiáng)度J之間的關(guān)系為：式中μ0=4π×10-7亨利/米（H/m）為真空磁導(dǎo)率。一個(gè)磁矩為Pm的電流環(huán)，可看成是一個(gè)偶極矩為Jm=μ0Pm的磁偶極子。當(dāng)前18頁，總共63頁。18磁場的基本關(guān)系式對外磁場H做出響應(yīng)的材料，它的磁矩Pm將發(fā)生變化。宏觀磁化密度由下式給出：式中χ為磁化率，它將M和H兩個(gè)物理量聯(lián)系起來。χ的大小表示材料磁化的難易程度，是材料重要的磁參數(shù)，也是劃分抗磁體、順磁體和鐵磁體的重要依據(jù)。鐵磁材料的磁化曲線當(dāng)前19頁，總共63頁。19磁導(dǎo)率μ也可表征磁性材料磁化難易程度，它被定義為磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場強(qiáng)度H的比值真空中磁場產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0如果某種磁介質(zhì)充滿磁場空間，由于材料磁化后增加了磁感應(yīng)強(qiáng)度當(dāng)前20頁，總共63頁。20材料的磁化中的B-H與M-H曲線比較：當(dāng)外磁場增加到Hs時(shí)，M達(dá)到飽和Ms，繼續(xù)增加外場，M將保持不變，B的增加只是由于磁場強(qiáng)度H增大的結(jié)果。當(dāng)外場無限增大時(shí)，μ趨近于μ0，與此相應(yīng)χ趨近于0。當(dāng)前21頁，總共63頁。21Maxwell方程1865年，Maxwell通過一組微分方程來描述B、H和E之間的關(guān)系：ρ為電荷密度，J為電流密度，B為磁通量密度，E為電場強(qiáng)度，H為磁場強(qiáng)度。

Maxwell當(dāng)前22頁，總共63頁。22根據(jù)Gauss定理，體積積分可以轉(zhuǎn)換成對包封該體積表面上矢量場法線分量的積分，即：

由式(1-2)的散度方程用Gauss定理可得到下式：

B在閉合表面的任何地方都可能沒有凈流出，所以沒有磁單極。磁極通常都是成對出現(xiàn)，稱之為偶極。磁極之間的磁力線當(dāng)前23頁，總共63頁。23式(1-3)是Maxwell-Ampere方程，表明B場來源于自由電流密度。B場方向遵循右手定則，環(huán)繞J按右手指向卷曲。式(1-4)是Maxwell-Faraday方程，表明一個(gè)時(shí)間相關(guān)的B場能給出一個(gè)垂直B變化方向的空間旋轉(zhuǎn)的E場。式中負(fù)號是Lenz定律的體現(xiàn)，B場的變化感生一個(gè)反向電動力來反抗使B場變化的電流變化。變化的B場感生一個(gè)電場，它的電流將產(chǎn)生一個(gè)與原磁場方向相反的磁場，反抗原初始B場的變化。當(dāng)前24頁，總共63頁。24由Stokes定理，一個(gè)旋量的面積分可以變換成一個(gè)矢量場沿封閉原面積路程的線積分：式(1-3)和(1-4)可以變換為：Faraday方程為通過面積A的依賴時(shí)間的B場，其法線分量沿環(huán)繞該面積的閉合路程感生一個(gè)電壓。Ampere方程為通過面積A的電流密度J，其法線分量循環(huán)環(huán)繞該面積產(chǎn)生B場。當(dāng)前25頁，總共63頁。25所有物質(zhì)都是磁性體當(dāng)前26頁，總共63頁。26無論何種物質(zhì)，置于磁場之中都可以產(chǎn)生磁化，只不過是磁化的強(qiáng)弱不同而已，其磁性的起源都來自于原子的磁性。當(dāng)前27頁，總共63頁。27原子的磁性原子的磁性來自于原子的磁矩。原子的磁矩主要來自于微觀電流環(huán)。微觀電流環(huán)由原子的運(yùn)動產(chǎn)生，包括原子核的運(yùn)動、電子的軌道運(yùn)動和電子的自旋運(yùn)動等。原子磁矩由三部分組成：電子的軌道磁矩、電子的自旋磁矩和原子核的磁矩?？紤]到原子核的磁矩很小，僅有電子磁矩的1/2000，因此一般只考慮電子的軌道磁矩和自旋磁矩。當(dāng)前28頁，總共63頁。28電子的軌道磁矩在原子尺度范圍，由測不準(zhǔn)原理知，電子所帶的電荷、電子所處的位置以及電子運(yùn)動的速度等因素都不能同時(shí)以任意精度確定，而且這些因素的變化都不能取連續(xù)值，只能取一組分離的值來描述所觀察到的現(xiàn)象。用量子力學(xué)的形式來描述電子的軌道運(yùn)動，軌道磁矩可表示為：

l=n-1為軌道角量子數(shù)，n為主量子數(shù)，

為玻爾磁子。當(dāng)前29頁，總共63頁。29在外磁場作用下，軌道磁矩在外場方向的投影值不是任意的，僅能取

ml為角動量方向的量子數(shù)，ml共可取0，±1，±2，±l等共2l+1個(gè)值，說明軌道磁矩在磁場中的投影是量子化的。當(dāng)次電子層填滿電子時(shí)，軌道磁矩在磁場方向投影值的和為零。當(dāng)前30頁，總共63頁。30如3d態(tài)電子，l=3-l=2。當(dāng)3d態(tài)填滿了10個(gè)電子后，則這10個(gè)電子的軌道磁矩在磁場方向投影值為[0+1+2+(-1)+(-2)]μB=0，也就是說軌道磁矩相互抵消，因而對原子磁矩沒有貢獻(xiàn)。對磁性材料來說，最重要的是3d過渡族元素和4f鑭系稀土元素，這兩類元素都有未被填滿的次電子層。當(dāng)前31頁，總共63頁。31電子的自旋磁矩電子的自旋運(yùn)動是量子力學(xué)的效應(yīng)。量子力學(xué)證明電子自旋運(yùn)動產(chǎn)生的自旋磁矩：s為自旋量子數(shù)，它僅能取±1/2兩個(gè)值。

當(dāng)前32頁，總共63頁。32自旋磁矩在磁場中的投影值為：

ms為自旋角動量方向量子數(shù)，僅取±1/2兩個(gè)值。電子自旋磁矩在外磁場中的投影值與外磁場的方向相同或者相反，大小均為。如果次電子層填滿電子時(shí)，電子自旋磁矩在外場的方向的投影值的和同樣也為零?？紤]原子磁矩時(shí)，填滿電子的次電子層的自旋磁矩可不考慮。當(dāng)前33頁，總共63頁。33一些金屬3d殼層的電子結(jié)構(gòu)元素原子序數(shù)21222324252627282930元素名ScTiVCrMnFeCoNiCuZn磁性順磁順磁順磁反鐵磁反鐵磁鐵磁鐵磁鐵磁抗磁抗磁電子殼層結(jié)構(gòu)殼層結(jié)構(gòu)3d4S23d24S23d34S23d54S23d54S23d64S23d74S23d84S23d104S23d104S23d電子自旋排布

當(dāng)前34頁，總共63頁。34電子自旋和軌道的相互作用自旋和軌道的相互作用就是電子的軌道運(yùn)動對其自旋取向的效應(yīng)。電子圍繞帶電核心運(yùn)動可看成一個(gè)正電荷在圍繞電子進(jìn)行運(yùn)動。由于電子位于一個(gè)電流環(huán)中心附近，這個(gè)電流環(huán)將產(chǎn)生一個(gè)磁場，使電子自旋磁矩的取向有一個(gè)從優(yōu)的方向。電子自旋和它的軌道相互作用所產(chǎn)生一個(gè)使電子自旋磁矩改變的感生磁場。當(dāng)前35頁，總共63頁。35電子自旋和軌道的相互作用使電子的自旋角動量和軌道角動量不再獨(dú)立，取而代之的是它們的矢量和，從而使衡量自旋磁矩和軌道磁矩對總磁矩的相對貢獻(xiàn)變的困難。為此引入Lande因子g：J為原子總角量子數(shù)，S為原子總自旋量子數(shù)，L為原子總軌道角量子數(shù)。原子磁矩為：當(dāng)前36頁，總共63頁。36原子磁矩在磁場中的投影值也是量子化的取：

mJ為原子角動量方向量子數(shù)，它可取0，±1，±2，±3—±J等2J+1個(gè)值。計(jì)算μJ,H，只要知道J，L和S就可以了?？筛鶕?jù)Hund法則確定這三個(gè)量。在未填滿電子的那些次電子層中，在Pauli 不相容原理(一個(gè)原子中沒有兩個(gè)電子有相同的一組電子數(shù))允許的條件下，S和L均取最大值。次電子層未填滿一半時(shí)，J=L-S次電子層填滿一半或一半以上電子時(shí)，J=L+S當(dāng)前37頁，總共63頁。373d過渡族金屬原子磁矩的理論值和實(shí)際值金屬3d殼層電子數(shù)未抵消的電子數(shù)原子磁矩?cái)?shù)理論值實(shí)驗(yàn)值Fe646.72.21Co736.41.716Ni825.580.606當(dāng)前38頁，總共63頁。383d金屬理論值和實(shí)驗(yàn)值差別較大。這是因?yàn)榫w中的原子磁矩與孤立的原子磁矩不同，要受到晶場的作用。金屬晶體中原子按點(diǎn)陣有規(guī)則排列，在點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)上的離子處于周圍近鄰離子產(chǎn)生的晶場中。在晶場作用下，晶體中原子3d電子軌道磁矩被晶場固定住了，不隨外磁場而轉(zhuǎn)動，它對原子磁矩?zé)o貢獻(xiàn)。這種現(xiàn)象稱為軌道磁矩的“凍結(jié)”。當(dāng)前39頁，總共63頁。393d金屬原子磁矩主要由電子的自旋磁矩來貢獻(xiàn)。對于Fe來說，根據(jù)Hund準(zhǔn)則，電子的排布方式是5個(gè)同方向的自旋電子和1個(gè)不同方向的自旋電子，二者相抵后，剩余4個(gè)自旋磁矩對磁化產(chǎn)生貢獻(xiàn)。孤立原子組成大塊金屬晶體后，4s電子已公有化，3d電子層成為最外層電子。由于3d軌道和4s軌道的能量十分接近，8個(gè)電子可能相互換位。當(dāng)前40頁，總共63頁。40按統(tǒng)計(jì)分布，F(xiàn)e的3d軌道排布了7.88個(gè)電子，4s軌道上排布了0.12個(gè)。在對原子磁矩有貢獻(xiàn)的3d軌道上，同方向自旋電子排布5個(gè)，異方向自旋電子排布2.88個(gè)，對磁化有貢獻(xiàn)的電子為5-2.88=2.12個(gè)，不是表中的4個(gè)；Co、Ni中3d殼層不成對電子數(shù)分別為1.7和0.6個(gè)，而不是表中的3個(gè)和2個(gè)；Fe、Co、Ni的原子磁矩實(shí)驗(yàn)值比理論值低。Ti、V、Cr等元素同樣也是因?yàn)槿绱?，其軌道中不成對電子更少，顯示出順磁性和反鐵磁性等。當(dāng)前41頁，總共63頁。41稀土金屬原子磁矩的理論值和實(shí)際值金屬4f殼層電子數(shù)未抵消的電子數(shù)原子磁矩?cái)?shù)理論值實(shí)驗(yàn)值Ce1132.542.51Pr2123.583.56Nd3113.623.3-3.71Tb869.729.77Dy9510.6310.63Yb1314.534.5當(dāng)前42頁，總共63頁。424f金屬中的磁矩計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值幾乎一致。4f電子層被外層的5s和5p電子層所屏蔽，晶場對4f電子軌道磁矩的作用甚弱或者沒有作用，所以4f金屬的電子軌道磁矩和自旋磁矩對原子磁矩都有貢獻(xiàn)，因而其計(jì)算值和理論值幾乎一致。當(dāng)前43頁，總共63頁。43

物質(zhì)的磁性當(dāng)前44頁，總共63頁。44根據(jù)材料χ的大小將其分為三類：抗磁體、順磁體和鐵磁體?？勾朋w順磁體鐵磁體抗磁體-純銅鐵磁體-純鐵順磁體-純鈀當(dāng)前45頁，總共63頁。45抗磁性原子的磁矩取決于未填滿殼層電子的軌道磁矩和自旋磁矩。對于電子殼層已填滿的原子，在沒有外場的作用下，軌道磁矩和自旋磁矩的和為零。施加外場以后，即使總磁矩為零的原子也會顯示出磁矩，這是由于外加磁場感生的軌道磁矩增量給出抗磁性的貢獻(xiàn)。當(dāng)前46頁，總共63頁。46根據(jù)Lamour定理，在磁場中電子繞原子核的運(yùn)動只不過是疊加了一個(gè)電子進(jìn)動，就象一個(gè)陀螺自旋在光滑表面上的角動量軸圍繞重力進(jìn)動一樣。Lamour進(jìn)動是在原軌道運(yùn)動上的附加運(yùn)動，如果繞核的平均電子流起初為零，施加磁場后的Lamour進(jìn)動會產(chǎn)生一個(gè)不為零的電子流，這個(gè)電流產(chǎn)生一個(gè)方向與外場相反的磁矩，因而產(chǎn)生抗磁性。物質(zhì)的抗磁性不是由電子的軌道磁矩和自旋磁矩本身所產(chǎn)生的，而是由于外加磁場作用下電子繞核運(yùn)動所感生的附加磁矩所造成的。當(dāng)前47頁，總共63頁。47取兩個(gè)軌道平面與磁場H方向垂直而運(yùn)動方向相反的電子為例，無外場時(shí)，電子繞核運(yùn)動相當(dāng)于環(huán)電流i。設(shè)電子電荷為e，電子運(yùn)動軌道半徑為r，電子繞核運(yùn)動角速度為ω，則環(huán)電流大小為：環(huán)電流所產(chǎn)生的磁矩為：旋轉(zhuǎn)電子不但受到向心力K=mrω2，在磁場作用下還將受到一個(gè)附加的Lorentz力，大小為：當(dāng)前48頁，總共63頁。48根據(jù)Langevin的看法，電子軌道半徑不變化，必然導(dǎo)致繞核運(yùn)動的角速度發(fā)生改變，即略去Δω的高次項(xiàng)，得到：外加磁場的結(jié)果使ω發(fā)生改變，產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流Δi=eΔω/2π，該感應(yīng)電流產(chǎn)生與外加磁場方向相反的感應(yīng)磁場，因而出現(xiàn)一個(gè)附加磁矩：

當(dāng)前49頁，總共63頁。49整個(gè)原子有Z個(gè)電子，這些電子分布在不同殼層上，它們有不同的軌道半徑r，其軌道平面一般不與H方向垂直。根據(jù)模型，電子運(yùn)動軌道平面應(yīng)與磁場垂直，只有那些與H平面垂直的軌道運(yùn)動分量才會對磁場作出響應(yīng)。電子在空間的位置當(dāng)前50頁，總共63頁。50式（3-7）中的r2需用電子與穿過原子核的磁場軸向之間垂直距離的均方值<ρ2>來代替。由于<ρ2>=<X2>+<Y2>，<r2>=<X2>+<Y2>+<Z2>。球?qū)ΨQ的電荷分布有<X2>=<Y2>=<Z2>，因而<ρ2>=2<r2>/3。代入式（3-7）中，得到每個(gè)原子的抗磁矩ΔμA：當(dāng)前51頁，總共63頁。51Langevin的抗磁性方程：抗磁性是由電子軌道感生產(chǎn)生的，所以物質(zhì)的抗磁性普遍存在且是一個(gè)不隨磁場而變化的常數(shù)。并非所有物質(zhì)都是抗磁體，這是因?yàn)樵油€存在著軌道磁矩和自旋磁矩所組成的順磁磁矩。當(dāng)原子系統(tǒng)的總磁矩為零時(shí)，抗磁性容易表現(xiàn)；當(dāng)電子未達(dá)到滿額時(shí)，原子系統(tǒng)具有總磁矩，只有那些抗磁性大于順磁性的物質(zhì)才成為抗磁體。當(dāng)前52頁，總共63頁。52一些典型抗磁性物質(zhì)的磁化率物質(zhì)χ（cm3/mol）離子χ（cm3/mol）He-1.9×10-6K+-15×10-6Ne-7.2×10-6Rb+-22×10-6Ar-19.4×10-6Mg2+-4.3×10-6Kr-28.0×10-6F--9.5×10-6Xe-43.0×10-6Cl--24.2×10-6Cu-5.5×10-6Cu+-18.0×10-6Ag-21.6×10-6Ag+-3.0×10-6Au-29.6×10-6Au+-45.8×10-6當(dāng)前53頁，總共63頁。53順磁性順磁體的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁矩來源于原子內(nèi)未充滿的電子殼層。Langevin順磁理論認(rèn)為，順磁體各原子間不存在強(qiáng)的相互作用。在無外場時(shí)原子磁矩的方向是混亂分布的，處于熱平衡狀態(tài)的總磁矩為零。如果對順磁體施加一個(gè)磁場H，在磁場作用下原子磁矩將轉(zhuǎn)向磁場方向而產(chǎn)生順磁效應(yīng)。原子的總磁矩大于零。當(dāng)前54頁，總共63頁。54在常溫下熱運(yùn)動的影響，原子的磁矩難以排列整齊，磁化十分困難，室溫下順磁體磁化率一般為10-6-10-3。常溫下將順磁體磁化到飽和所需的磁場強(qiáng)度為8×108A/m（1000T）左右，這是很難實(shí)現(xiàn)的。把溫度降低到絕對零度附近，順磁體磁化要容易很多；當(dāng)溫度為1K時(shí)，順磁體GdSO4在240kA/m的磁場下就可以磁化飽和。順磁體的磁化是磁場克服熱運(yùn)動的干擾，使原子磁矩沿磁場方向整列的過程。當(dāng)前55頁，總共63頁。55根據(jù)磁化率與溫度的關(guān)系可把順磁體分成三類：正常順磁體：如Pt、Pd及Fe、Co、Ni的鹽類等，鐵磁金屬在居里溫度以上也屬于正常順磁體。其磁化率可以用Curie定律來描述，

式中C為居里常數(shù)，C=Nμm2/3kB。kB為Boltzman常數(shù)，N為阿佛加德羅常數(shù)，μm為原子磁矩。正常順磁體χ-T曲線

當(dāng)前56頁，總共63頁。56大部分順磁性物質(zhì)，特別是過渡族金屬元素，磁化率和溫度的關(guān)系應(yīng)用Curie-Weiss定律描述：對存在鐵磁轉(zhuǎn)變的物質(zhì)來說，Δ為居里溫度θc。在θc以上物質(zhì)是順磁體，磁化率服從居里-外斯定律，磁化強(qiáng)度和磁場保持線性關(guān)系。在很強(qiáng)磁場或低溫下，這些順磁體表現(xiàn)出復(fù)雜的性質(zhì)，如順磁飽和與低溫磁性反常。過渡金屬的χ-T曲線

當(dāng)前57頁