《磁介質(zhì)的磁化規(guī)律》課件

磁介質(zhì)的磁化規(guī)律磁介質(zhì)是指能夠被磁化的物質(zhì)，例如鐵、鈷、鎳等。它們?cè)诖艌?chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生磁化，產(chǎn)生磁矩。磁化規(guī)律描述了磁介質(zhì)的磁化特性，即磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。磁性材料概述磁性材料磁性材料具有磁性，可以被磁化。磁化磁性材料在外磁場(chǎng)作用下，其內(nèi)部磁疇排列發(fā)生變化，產(chǎn)生磁矩。分類(lèi)鐵磁性材料亞鐵磁性材料反鐵磁性材料順磁性材料抗磁性材料磁矩與磁化強(qiáng)度原子具有磁矩，這取決于其電子自旋和軌道運(yùn)動(dòng)。磁化強(qiáng)度反映了材料中磁矩的總體排列狀態(tài)。1磁矩原子磁矩的大小和方向1磁化強(qiáng)度單位體積內(nèi)所有磁矩的矢量和磁化曲線(xiàn)磁化曲線(xiàn)是描述磁性材料在磁場(chǎng)作用下磁化強(qiáng)度的變化規(guī)律的曲線(xiàn)。橫軸為磁場(chǎng)強(qiáng)度，縱軸為磁化強(qiáng)度。磁化曲線(xiàn)通常呈現(xiàn)S型，反映了磁性材料的磁化過(guò)程。材料的磁化過(guò)程可以分為三個(gè)階段：初始磁化階段、磁化飽和階段和磁化反轉(zhuǎn)階段。飽和磁化強(qiáng)度當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度達(dá)到最大值，不再隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加。定義磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度符號(hào)Ms單位安培/米(A/m)剩磁與矯頑力剩磁磁性材料在外磁場(chǎng)去除后，材料中仍然保留的磁化強(qiáng)度稱(chēng)為剩磁。剩磁的大小與材料的性質(zhì)和磁化過(guò)程有關(guān)。矯頑力使磁性材料的磁化強(qiáng)度降為零所需的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)為矯頑力。矯頑力越高，材料的磁性越穩(wěn)定，越不容易被外磁場(chǎng)影響。B-H曲線(xiàn)及其特性參數(shù)B-H曲線(xiàn)又稱(chēng)為磁滯回線(xiàn)，是描述磁性材料磁化特性的重要曲線(xiàn)。B-H曲線(xiàn)上的各個(gè)點(diǎn)代表了磁性材料在不同外磁場(chǎng)強(qiáng)度下的磁感應(yīng)強(qiáng)度值。B-H曲線(xiàn)上的一些關(guān)鍵參數(shù)可以幫助我們了解磁性材料的特性，例如磁化強(qiáng)度、剩磁、矯頑力等。通過(guò)分析B-H曲線(xiàn)，我們可以選擇適合特定應(yīng)用的磁性材料。磁化過(guò)程1外磁場(chǎng)消失磁性材料不再受到外磁場(chǎng)的影響2磁場(chǎng)增強(qiáng)磁矩趨于與外磁場(chǎng)方向一致3外磁場(chǎng)作用磁性材料內(nèi)部的磁矩發(fā)生重新排列磁化過(guò)程是磁性材料在外磁場(chǎng)作用下，內(nèi)部磁矩發(fā)生重新排列，使材料整體磁矩增強(qiáng)。當(dāng)外磁場(chǎng)消失后，磁矩的排列狀態(tài)會(huì)部分恢復(fù)到初始狀態(tài)。磁滯回線(xiàn)磁滯回線(xiàn)的形狀磁滯回線(xiàn)是一個(gè)閉合的曲線(xiàn)，它描述了磁性材料在磁化過(guò)程中磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。磁滯回線(xiàn)的特征磁滯回線(xiàn)反映了磁性材料的磁滯現(xiàn)象，主要特征包括飽和磁化強(qiáng)度、剩磁、矯頑力等。磁滯回線(xiàn)的應(yīng)用磁滯回線(xiàn)是研究磁性材料的重要工具，可以用來(lái)分析材料的磁性能，例如，判斷材料是否適合制作永磁體或電磁鐵。磁滯回線(xiàn)的面積磁滯回線(xiàn)的面積代表磁性材料在磁化過(guò)程中克服磁疇壁運(yùn)動(dòng)所需的能量，即磁滯損耗。磁滯損耗的大小與材料的磁滯回線(xiàn)的面積成正比。磁滯損耗的大小會(huì)影響磁性材料的性能，例如，對(duì)于軟磁材料，磁滯損耗越小，材料的能量損耗越小，效率越高；而對(duì)于硬磁材料，磁滯損耗越大，材料的磁性越強(qiáng)，穩(wěn)定性越好。磁滯回線(xiàn)的傾斜度傾斜度定義影響因素高磁化曲線(xiàn)斜率大，材料易磁化材料內(nèi)部磁疇壁移動(dòng)容易低磁化曲線(xiàn)斜率小，材料難磁化材料內(nèi)部磁疇壁移動(dòng)困難傾斜度反映材料磁化難易程度。傾斜度高，材料容易被磁化，反之則難。軟磁材料和硬磁材料軟磁材料磁滯回線(xiàn)窄，矯頑力低，易于磁化和消磁。主要用于需要快速磁化和消磁的應(yīng)用，例如變壓器和電感器。硬磁材料磁滯回線(xiàn)寬，矯頑力高，不易于磁化和消磁。主要用于需要持久磁力的應(yīng)用，例如永磁體和磁記錄介質(zhì)。軟磁材料的特點(diǎn)1磁滯回線(xiàn)窄軟磁材料的磁滯回線(xiàn)比較窄，這說(shuō)明其矯頑力小，易于磁化和退磁。2磁導(dǎo)率高軟磁材料具有較高的磁導(dǎo)率，這意味著它們更容易被磁化，并能更有效地存儲(chǔ)磁能。3磁損耗低軟磁材料在磁化過(guò)程中產(chǎn)生的磁損耗很小，這使得它們適合用于高頻磁場(chǎng)應(yīng)用。4易于加工軟磁材料通常易于加工成各種形狀，以便滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。硬磁材料的特點(diǎn)高矯頑力硬磁材料的矯頑力較高，磁化后不容易退磁。高剩磁剩磁是磁化后磁化強(qiáng)度保持的程度，硬磁材料的剩磁較高，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持磁性。高磁能積磁能積是指磁材料儲(chǔ)存能量的能力，硬磁材料的磁能積較高，能夠儲(chǔ)存更多的能量。軟磁材料的應(yīng)用變壓器軟磁材料的低矯頑力和高磁導(dǎo)率使其成為制造變壓器核心材料的理想選擇。變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、電子設(shè)備和家用電器中。電感器軟磁材料可以制造各種電感器，包括用于電源濾波、信號(hào)處理和無(wú)線(xiàn)通信等應(yīng)用的電感器。電感器在電子電路中起到重要的作用。磁頭軟磁材料在磁頭中被用作磁性記錄和讀取介質(zhì)。磁頭廣泛應(yīng)用于硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、磁帶機(jī)和其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中。傳感器軟磁材料的磁性變化可以用來(lái)檢測(cè)外部磁場(chǎng)的變化，從而制作出磁傳感器。磁傳感器應(yīng)用于汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。硬磁材料的應(yīng)用永磁體硬磁材料具有高剩磁和高矯頑力，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持磁性，廣泛應(yīng)用于各種永磁設(shè)備中，例如電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁性傳感器等。磁記錄硬磁材料能夠存儲(chǔ)信息，被廣泛用于硬盤(pán)、磁帶等磁記錄設(shè)備，存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。磁卡硬磁材料應(yīng)用于磁卡、磁條卡等，用于存儲(chǔ)身份信息、銀行卡號(hào)等數(shù)據(jù)。磁性薄膜磁性薄膜是一種重要的磁性材料，它在各種電子設(shè)備中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。磁性薄膜通常由鐵、鈷、鎳等磁性材料制成，厚度在幾納米到幾微米之間。磁性薄膜的制備方法1濺射法濺射法利用氣體放電，將靶材中的原子濺射到基片上，形成薄膜。等離子體濺射法磁控濺射法反應(yīng)濺射法2真空蒸鍍法真空蒸鍍法是在真空環(huán)境下，將靶材加熱至蒸發(fā)，然后將蒸發(fā)原子沉積到基片上，形成薄膜。熱蒸鍍法電子束蒸鍍法離子束蒸鍍法3化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法是將含有薄膜材料的反應(yīng)氣體引入反應(yīng)室，在基片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成薄膜。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法原子層沉積法磁性薄膜的特點(diǎn)尺寸小，重量輕磁性薄膜體積小，重量輕，易于加工成各種形狀，可用于制作微型器件。性能優(yōu)異磁性薄膜具有高磁導(dǎo)率、低損耗、高磁化強(qiáng)度、高矯頑力等優(yōu)異的磁性能。可控性強(qiáng)磁性薄膜的磁性能可以通過(guò)調(diào)節(jié)薄膜的材料、厚度、結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行控制，具有良好的可控性。應(yīng)用廣泛磁性薄膜在計(jì)算機(jī)、通信、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是現(xiàn)代科技發(fā)展的重要材料之一。磁性薄膜的應(yīng)用11.磁記錄硬盤(pán)、磁帶、軟盤(pán)等存儲(chǔ)設(shè)備廣泛應(yīng)用磁性薄膜。22.磁傳感器磁場(chǎng)傳感器、磁性開(kāi)關(guān)等應(yīng)用磁性薄膜。33.微波器件微波濾波器、微波天線(xiàn)等應(yīng)用磁性薄膜。44.磁光存儲(chǔ)光盤(pán)存儲(chǔ)器利用磁性薄膜記錄和讀取信息。磁性半導(dǎo)體磁性半導(dǎo)體是指同時(shí)具有磁性和半導(dǎo)體特性的材料。它們結(jié)合了磁性材料和半導(dǎo)體材料的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于多種領(lǐng)域。磁性半導(dǎo)體具有獨(dú)特的光電特性，如自旋極化，在自旋電子學(xué)、光電器件、磁存儲(chǔ)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。磁性半導(dǎo)體的特點(diǎn)自旋電子學(xué)磁性半導(dǎo)體利用電子自旋和電荷性質(zhì)，將電荷和自旋信息耦合，為未來(lái)電子設(shè)備提供了新的可能性。高磁阻效應(yīng)磁性半導(dǎo)體具有高磁阻效應(yīng)，可用于構(gòu)建磁性傳感器、存儲(chǔ)設(shè)備和自旋電子器件。低功耗磁性半導(dǎo)體器件具有低功耗特點(diǎn)，有助于降低電子設(shè)備能耗，提高設(shè)備性能。高速操作磁性半導(dǎo)體器件可以高速操作，為高速數(shù)據(jù)處理和傳輸提供了有力支持。磁性半導(dǎo)體的應(yīng)用磁存儲(chǔ)器提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度，降低功耗。磁傳感器靈敏度高，功耗低，應(yīng)用于汽車(chē)、工業(yè)等領(lǐng)域。磁性半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)新一代高性能電子器件，如磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。磁控開(kāi)關(guān)磁控開(kāi)關(guān)是一種利用磁場(chǎng)控制電路開(kāi)閉的電器元件。它通常由一個(gè)電磁線(xiàn)圈、一個(gè)磁性觸頭和一個(gè)控制電路組成。當(dāng)線(xiàn)圈通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)吸引磁性觸頭閉合，從而接通電路。當(dāng)線(xiàn)圈斷電時(shí)，磁場(chǎng)消失，磁性觸頭在彈簧力的作用下斷開(kāi)，電路斷開(kāi)。磁控開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)固定磁鐵固定磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生電磁力。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由導(dǎo)體材料制成，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)通過(guò)轉(zhuǎn)子的電流，從而產(chǎn)生電磁力。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由磁鐵或電磁鐵產(chǎn)生，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。磁控開(kāi)關(guān)的工作原理電流通過(guò)線(xiàn)圈線(xiàn)圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)穿透磁控開(kāi)關(guān)。磁場(chǎng)吸引磁性體磁性體被磁場(chǎng)吸引，移動(dòng)到特定位置，改變電路狀態(tài)。電路開(kāi)或關(guān)磁性體移動(dòng)到特定位置，電路連接或斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。磁場(chǎng)消失電流停止，磁場(chǎng)消失，磁性體回位，電路恢復(fù)初始狀態(tài)。磁控開(kāi)關(guān)的應(yīng)用家用電器磁控開(kāi)關(guān)廣泛應(yīng)用于微波爐，用于控制微波爐的開(kāi)啟和關(guān)閉，以確保烹飪過(guò)程的安全和效率。工業(yè)設(shè)備磁控開(kāi)關(guān)在工業(yè)設(shè)備中也發(fā)揮著重要作用，例如在自動(dòng)化控制系統(tǒng)，用于執(zhí)行控制和保護(hù)功能，提高設(shè)備的可靠性和安全性。醫(yī)療設(shè)備磁控開(kāi)關(guān)在醫(yī)療設(shè)備中也得到應(yīng)用，例如在醫(yī)療影像設(shè)備，用于控制X射線(xiàn)或磁共振成像等過(guò)程，提高設(shè)備的精度和效率。汽車(chē)行業(yè)磁控開(kāi)關(guān)在汽車(chē)行業(yè)中也發(fā)揮著重要作用，例如在汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)，用于控制點(diǎn)火時(shí)間的精確控制，提高汽車(chē)的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。磁性材料的未來(lái)發(fā)展方向11.高性能磁性材料更高磁能積、更低矯頑力、更寬工作溫度范圍等特性，滿(mǎn)足更高性能要求。22.智能磁性材料能夠根據(jù)外部環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)節(jié)磁性，例如智能磁控器件等。33.納米磁性材料具有獨(dú)特磁性性質(zhì)，可應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域。44.磁性材料的可持續(xù)發(fā)展開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保、可回收的磁性材料，降低環(huán)境污染，促進(jìn)可持續(xù)