【文章內(nèi)容簡介】 動的能量時，原子磁矩即一致排列，此時： 當有磁感應強度為 B0的外磁場時，原子磁矩 m與B0的夾角 ?要 盡量小，以降低勢能： U=mB0cos? —— 外磁場使原子磁矩 m趨于一致排列。 kT ?mB0 mTB k0 ?不考慮材料中磁性離子的相互作用，在高溫低磁場的情形下，可推導出磁化率 TTmn μmμTnmμBnmHM Ck3k320000??????其中 n為單位體積內(nèi)的原子數(shù) k3C20 mn μ?稱為居里常數(shù) 通過測量 ?和 T的關系 ， 可求出斜率 C， 進而求出原子磁矩 m。 大多數(shù)物質(zhì)為順磁性：如稀土元素（室溫），居里點以上的 Fe, Co, Ni, 過渡金屬的鹽， Li, Na, K, Ti, Al, V等。 計算表明：當 T=1000K，磁場為 1T，順磁物質(zhì)的磁化強度 M≈102A/m —— 順磁物質(zhì)很難磁化。 當材料中磁性離子較多，相互作用較強而不可忽略時，其順磁磁化率常服從居里－外斯定律 cTTC???其中 Tc是居里溫度，可能來源于交換作用、偶極子相互作用或晶體電場的作用。 7. 4 鐵磁性 (Ferromagism) 7. 4. 1 鐵磁體磁化的現(xiàn)象 (Phenomena of the magization of ferromagic materials) 退磁狀態(tài)：普通的鐵磁體在沒有外磁場的作用時 ，外部不出現(xiàn) N、 S極 ， 不表現(xiàn)磁性的狀態(tài) 施加外部磁場 H： B Ms(Bs) M(B) O H M和 B 都沿 OB線增加 ,至 B點達到飽和 Ms和 Bs分別稱為 飽和磁化強度和飽和磁感應強度 。 以后磁場強度增加， M和 B不升高。 達到飽和后，逐漸減弱外磁場 H， M和 B也減小，此過程稱為退磁。 1. 磁滯回線 退磁并不沿 OB逆向進行，而是沿 BC段進行。 Ms(Bs) M(B) O H 當 H =0時， M和 B 處于 Mr和 Br處 (C點 )，不為零，稱為 剩余磁化強度和剩余磁感應強度（剩磁） 加反向磁場至 D， 則 M =0， B =0， 即完全消除剩磁 ， 此處的磁場強度H c稱為 矯頑力 。 磁滯現(xiàn)象：退磁過程中M和 B的變化落后于 H的變化的現(xiàn)象。 E Mr(Br) C B D Hc 繼續(xù)增大反向磁場，至 E點 M和 B達到反向飽和。 再沿正方向增大磁場，可得另一半磁化曲線 EFGB D E C B Ms(Bs) Mr(Br) Hc M(B) O H F G Hm Hm 磁滯回線：外磁場強度 H從 Hm變到 Hm再到 Hm， 磁化曲線形成封閉環(huán) 。 磁滯回線所包圍的面積表征磁化和退磁一周所消耗的功 ，稱為磁滯損耗 ?? BHQ d磁化功：磁性材料磁化時消耗的能量。 顯然在易磁化方向上的磁化功小，在此方向的磁化強度矢量 Ms能量低。 2. 磁晶各向異性 在晶體的不同的取向與外磁場平行時 ， 磁化的難易不同 —— 在不同方向上得到同樣的磁化強度要消耗不同的能量。 磁化功在數(shù)值上等于陰影部分的面積 Fe, Ni , Co不同晶向的磁化難易 對立方晶系 其中 K0為主晶軸方向上的磁化能量； ? ? ?3分別是磁化強度與 x, y, z軸 夾角的余弦，即?1=cos? ， ?2=cos?， ?3=cos?； K K2… 稱為磁晶各向異性常數(shù)。 232221221232322222110k ????????? K)(KKE ?????一般 K2較小，可忽略， Ek僅用 K1表示。 磁晶各向異性能：磁化強度矢量沿不同晶軸方向的能量差，用 Ek表示。 其他晶系也有相應的磁晶各向異性能的表達式。 無織構的多晶鐵磁體磁化時不顯示各向異性 ，如果其形狀為球形則其磁化是各向同性的 。 實際鐵磁體：幾乎沒有球形 3. 形狀各向異性 同樣的磁場強度下在 x、 y、z方向的磁感應強度不同 由于磁體的形狀不同引起的各方向磁化的差異 原因：不同方向有不同的退磁場能 。 退磁場：鐵磁體表面出現(xiàn)磁極后除在鐵磁體周圍產(chǎn)生磁場外，在鐵磁體內(nèi)部也產(chǎn)生磁場。該磁場與鐵磁體的磁化強度方向相反，起退磁作用，稱為退磁場。其表達式為： Hd=NM N：退磁因子； M：磁化強度 N與鐵磁體形狀有關 。如棒狀鐵磁體越短粗 N越大 ， 退磁場越強 ， 達到磁飽和的外磁場越強 鐵磁體在磁場中磁化時形狀和尺寸發(fā)生變化的現(xiàn)象 為線磁致伸縮系數(shù) ，其中 l0為初始長度 ， l為磁化后的長度 。 磁化達到飽和時的線磁致伸縮系數(shù)稱為飽和線磁致伸縮系數(shù)，對一定的材料是定值。 00lll ???定義 磁飽和后不繼續(xù)伸縮 飽和線磁致伸縮系數(shù)代表鐵磁體的磁致伸縮能力。一般鐵磁體的飽和線磁致伸縮系數(shù)在 106103。 磁致伸縮現(xiàn)象可用于微步進旋轉(zhuǎn)馬達、機器人、傳感器、驅(qū)動器等。 專門研制的磁致伸縮合金如 TbDyFe合金的飽和線磁致伸縮系數(shù)可達 % 如果鐵磁體在磁化過程中的尺寸變化受到限制 ，不能自由伸縮 ， 則會形成拉 （ 壓 ） 內(nèi)應力 ， 在磁體內(nèi)部引起彈性能 ， 稱為磁彈性能 。 磁彈性能是附加的內(nèi)能升高 ， 是磁化的阻力 鐵磁體的自發(fā)磁化 (Spontaneous magization of ferromagic materials) 自發(fā)磁化：不加外磁場時鐵磁性材料的原子磁矩就在很多局部發(fā)生取向一致的排列 ， 產(chǎn)生局部的磁矩 。 鐵磁材料在被外磁場磁化之前不表現(xiàn)出磁性 ——各個原子磁矩一致的小區(qū)域的原子磁矩取向是隨機的，整個材料不表現(xiàn)出宏觀磁矩。 磁疇：由于自發(fā)磁化形成的鐵磁材料中的原子磁矩一致的小區(qū)域。 鐵磁材料都有宏觀磁矩？ 技術磁化：外磁場作用下鐵磁材料發(fā)生磁化 ， 使磁疇的取向發(fā)生了與外磁場一致的有序排列 ， 表現(xiàn)出宏觀的磁化強度的現(xiàn)象 。 (P. Wiss)分子場理論 鐵硅合金單晶在 (100)面的粉紋圖 觀察到磁疇 ， 是自發(fā)磁化理論的實驗證明 外斯分子場理論的假設 其一為分子場假設：鐵磁性材料在 0K～居里溫度 Tc的溫度范圍內(nèi)存在與外加磁場無關的自發(fā)磁化，其原因是材料內(nèi)部存在分子場，使原子磁矩克服熱運動的無序效應，自發(fā)地產(chǎn)生平行一致取向。 其二為磁疇假設：自發(fā)磁矩是按區(qū)域分布的，各個自發(fā)磁化的區(qū)域稱為磁疇，在無外磁場時都是自發(fā)磁化到飽和，但各個磁疇自發(fā)磁化的方向有一定的分布，使宏觀磁體的總磁矩為零。 鐵磁材料在高于 Tc的溫度鐵磁性消失是由于熱運動能 kT破壞了分子場對原子磁矩有序取向的作用能 HmfPJ， 所以在 Tc的溫度兩種能量相等 kTc=HmfPJ 外斯分子場的大小 k：玻耳茲曼常數(shù)； Hmf：分子場， PJ：原子的磁偶極矩。代入相應數(shù)據(jù)可估算出 Hmf=109A/m——鐵磁材料中該數(shù)量級的分子場使其中的原子磁矩發(fā)生自發(fā)磁化。 理論的成功之處 可推導出居里溫度和居里－外斯定律 —— 滿意地解釋了鐵磁體自發(fā)磁化 鐵磁性磁化強度高 —— 鐵磁性源于電子自旋磁矩 外斯理論 —— 存在使電子自旋磁矩同向排列的分子場 量子力學出現(xiàn)后才由海森堡 (Heisenberg)在 1928年用近鄰原子的靜電交換作用成功地解釋。 分子場的來源？ 出現(xiàn)鐵