第十五章-物质的磁性课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十五章物质的磁性,第三篇 电磁学,第十五章物质的磁性第三篇 电磁学,1,（一）物质对磁场的影响,（二）原子的磁矩,（三）物质的磁化,（四）,H,矢量及其环路定理,（五）铁磁质,主要内容,（一）物质对磁场的影响 主要内容,2,15-1 物质对磁场的影响,15-2 原子的磁矩,15-1 物质对磁场的影响15-2 原子的磁矩,3,一、磁介质对磁场的影响,磁介质对磁场的影响,磁介质的相对磁导率,磁介质激发的附加磁感应强度,一、磁介质对磁场的影响 磁介质对磁场的影响磁介质的相对磁,4,磁介质的分类,锰、铬、铂、氮,水银、铜、硫、氢、金、银,铁、镍、钴、铁氧体,顺磁质,抗磁质,铁磁质,弱磁物质,：,顺磁质、抗磁质,强磁物质,：,铁磁质,一、磁介质对磁场的影响,磁介质的分类锰、铬、铂、氮水银、铜、硫、氢、金、银铁、镍、,5,二、原子的磁矩,各电子磁矩,+,-,-,+,分子磁矩,+,-,分子磁矩,二、原子的磁矩各电子磁矩+-+分子磁矩+-分子磁矩,6,圆形轨道电流：,轨道磁矩：,轨道角动量：,电子的轨道磁矩：,+,-,二、原子的磁矩,圆形轨道电流：轨道磁矩：轨道角动量：电子的轨道磁矩：+-二、,7,原子中电子的轨道磁矩,电子的自旋磁矩,所有电子磁矩的总和,分子磁矩,+,-,二、原子的磁矩,原子中电子的轨道磁矩电子的自旋磁矩 所有电子磁矩的总和分,8,顺磁质,特点：存在分子固有磁矩,弱磁介质的磁化机制,三、磁介质的磁化机制,顺磁质特点：存在分子固有磁矩 弱磁介质的磁化机制三、磁介质,9,抗磁质,e,e,抗磁性,：,磁介质中大量分子的附加磁矩在宏观上对外显示出与外磁场方向相反的磁效应。,特点：分子固有磁矩等于零。,三、磁介质的磁化机制,抗磁质ee抗磁性：磁介质中大量分子的附加磁矩在宏观上对外显,10,第十五章-物质的磁性课件,11,抗磁质：,只有抗磁效应,顺磁质：,抗磁效应被顺磁效应掩盖了。,大于附加磁矩,固有磁矩,抗磁性是一切磁介质所具有的性质。,三、磁介质的磁化机制,抗磁质：只有抗磁效应顺磁质：抗磁效应被顺磁效应掩盖了。大于附,12,15-3 物质的磁性,15-3 物质的磁性,13,束缚电流及附加磁场,顺磁质,抗磁质,I,S,束缚电流（或磁化电流）,一、物质的磁化,束缚电流及附加磁场顺磁质抗磁质IS束缚电流（或磁化电流,14,第十五章-物质的磁性课件,15,磁化强度,反映介质磁化状态的物理量,顺磁质：,方向与 同向,抗磁质：,方向与 反向,单位：A/m,二、磁化强度,磁化强度反映介质磁化状态的物理量顺磁质：方向与,16,磁化强度与束缚电流的关系,磁化面电流线密度,j,S,：,介质表面单位长度的磁化电流。,c,b,a,d,二、磁化强度,磁化强度与束缚电流的关系磁化面电流线密度 jS：cbad二,17,15-4,H,矢量的安培环路定理,15-4 H矢量的安培环路定理,18,一、,H,矢量的安培环路定理,H,矢量及其环路定理,顺,磁,质,传导电流,束缚电流,一、H矢量的安培环路定理 H矢量及其环路定理顺传导电流束缚,19,定义磁场强度：,单位：A m,-,1,在有物质的磁场中，沿任意闭合路径磁场强度的线积分等于该闭合路径所包围的,自由电流的代数和,。,一、,H,矢量的安培环路定理,定义磁场强度：单位：A m-1在有物质的磁场中，沿任意闭合路,20,适用各向同性磁介质,H、M、B,三者的关系,磁化率,r,相对磁导率,磁导率,一、,H,矢量的安培环路定理,适用各向同性磁介质 H、M、B三者的关系磁化率r 相,21,（1）只与传导电流有关，与束缚电流无关,（3）,在真空中：,（2）与 一样是辅助量，描述电磁场,几点说明,一、,H,矢量的安培环路定理,（1）只与传导电流有关，与束缚电流无关（3）在真空中：（2）,22,二、,H,矢量安培环路定理的应用,磁介质的安培环路定理的应用,一般步骤：,（1）在对称性分析基础上选取适当环路L,（2）由 求磁场强度H分布,（3）由 求磁感应强度B分布,二、H矢量安培环路定理的应用 磁介质的安培环路定理的应用一,23,例1、一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，已知单位长度的匝数为,n,，电流,I,，磁导率,r,求矢量,H,、,B,。,解：,根据介质的安培环路定理：,细圆环满足：,一、,H,矢量的安培环路定理,例1、一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，已知单位长度的匝数为n,24,例2、,半径为,R,1,无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为,R,2,，相对磁导率为,r,的圆筒形磁介质。通过导线的电流为,I,0,。,求：磁介质内、外磁场强度和磁感应强度的分布。,I,o,r,r,R,1,L,R,2,一、,H,矢量的安培环路定理,例2、半径为 R1 无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为 R,25,R,2,R,1,L,r,解：,R2R1Lr解：,26,15-5,铁磁质,15-5 铁磁质,27,一、,铁磁质,铁磁质的特性,（1）相对磁导率,r,极大。,（2）矢量,B,和,H,的关系呈非线性、非单值的关系。,（3）具有磁滞现象（磁滞回线）。,（4）存在居里温度,T,C,，当温度高于,T,C,时，材料,为顺磁质。,一、铁磁质 铁磁质的特性（1）相对磁导率r极大。（2）矢,28,磁导率曲线,磁导率曲线：,一、,铁磁质,磁导率曲线磁导率曲线：一、铁磁质,29,磁滞回线,B,r,-H,s,H,s,o,a,b,c,d,e,f,H,B,H,c,oa,段,：,起始磁化曲线,H,s,：,饱和磁场强度,B,r,：,剩余磁感应强度,H,c,：,矫顽力,B,的变化落后于,H,的变化，即为磁滞现象。,当,H,=0时，铁磁质仍然处于磁化状态，,B,r,0,称为铁磁质具有剩磁，大小用,B,r,衡量。,一、,铁磁质,磁滞回线Br-HsHsoabcdefHBHcoa段：起始,30,第十五章-物质的磁性课件,31,二、,铁磁质的磁化机制,磁化机制,未加磁场,在磁场,B,中,B,磁畴,相邻原子间的电子具有强交换耦合作用，自发形成一些磁矩平行排列且取向相同的微小区域。,不同磁畴间磁矩取向不同。,二、铁磁质的磁化机制 磁化机制未加磁场在磁场 B 中B磁畴,32,三、,铁磁质的分类,铁磁材料的分类,软磁材料,H,B,O,磁滞回线细而窄，矫顽力小。,易磁化，易退磁，适用于交变磁场。如制造电机，变压器等的铁芯。,三、铁磁质的分类 铁磁材料的分类 软磁材料HBO 磁滞回线,33,硬磁材料,H,B,O,适合制作永久磁铁、磁芯（记忆元件）等。,磁滞回线“胖”，矫顽力较大，,三、,铁磁质的分类,硬磁材料HBO适合制作永久磁铁、磁芯（记忆元件）等。磁滞回,34,矩形材料,H,B,O,磁滞回线接近于矩形，剩余磁感应强度,B,r,接近于饱和磁感应强度,B,s,。,适合于制作记录磁带及计算机的记忆元件。,三、,铁磁质的分类,矩形材料HBO磁滞回线接近于矩形，剩余磁感应强度Br接近于,35,Albert Fert,Peter Gruenberg,2007 Nobel 物理奖,小硬盘 大容量,1988,年法国,Paris-Sud大学的Albert Fert以及德国尤里希研究中心（Forschungszentrum Jlich）的Peter Grnberg，,独立发现巨磁阻效应（,GMR:Giant Magnetoresistance）,。他们的发现极大地提高了电脑硬盘的数据存储量。,Giant Magnetoresistance(GMR),Albert Fert Peter Gruenberg 20,36,半导体随机存储器,缺点：断电时存储的信息容易丢失,结构图:,原理图:,记录介质,介质,电极1,电极2,Write“0”,Write“1”,介质,介质,介质,断电,半导体随机存储器缺点：断电时存储的信息容易丢失结构图:原理图,37,非磁层,磁层1,磁层2,磁性随机存储器,结构图:,原理图：不同电子自旋排列表示“0”和“1”,记录介质,优点：断电时存储的信息不丢失,Write“0”,Write“1”,非磁层磁层1磁层2磁性随机存储器结构图:原理图：不同电子自旋,38,第十五章-物质的磁性课件,39,第十五章-物质的磁性课件,40,