材料的磁学性能 (2)讲稿.ppt

关于材料的磁学性能关于材料的磁学性能(2)第一页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72 2一、磁学基本参量一、磁学基本参量1.磁场强度磁场强度H1820年，奥斯特发现电流能在周围空间产生磁场，一根通有年，奥斯特发现电流能在周围空间产生磁场，一根通有直流电直流电I（安培）的无限长直导线，在据导线（安培）的无限长直导线，在据导线r米处产生的磁米处产生的磁场强度场强度H单位：单位：A/m或高斯（或高斯（Gs）磁场强度磁场强度H是指外界磁场的大小，是一个矢量。由是指外界磁场的大小，是一个矢量。由S极指向极指向N，一般是由导体中的电流或者永磁体产生的。一般是由导体中的电流或者永磁体产生的。第二页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73 32.磁感应强度和磁导率磁感应强度和磁导率 材料在磁场强度为材料在磁场强度为H的外加磁场作用下，会在材料内部产生一定的外加磁场作用下，会在材料内部产生一定磁通量密度，称为磁通量密度，称为磁感应强度磁感应强度B，也就是说强度为，也就是说强度为H的磁场被的磁场被磁化后，物质内磁场强度的大小。磁化后，物质内磁场强度的大小。在同样磁场的情况下，如果放入不同的介质就有不同的磁感在同样磁场的情况下，如果放入不同的介质就有不同的磁感应强度应强度B，但是磁场强度则无变化。，但是磁场强度则无变化。单位为特斯拉（单位为特斯拉（T）或韦伯米）或韦伯米2。B和和H的关系：的关系：为磁导率，反应介质的特性，表示材料在单位强度的外加磁场作用为磁导率，反应介质的特性，表示材料在单位强度的外加磁场作用下，材料内部的磁通量密度。下，材料内部的磁通量密度。第三页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/74 4在真空中在真空中0为真空磁导率为真空磁导率04*10-7亨利亨利/米（米（H/m）磁场强度和磁感应强度都是表示磁场方向和强弱的物磁场强度和磁感应强度都是表示磁场方向和强弱的物理量。它们之间既有联系（理量。它们之间既有联系（BH）又有区别。由于磁介）又有区别。由于磁介质在磁场中的磁化对磁场有影响，在均匀磁介质的情况下，质在磁场中的磁化对磁场有影响，在均匀磁介质的情况下，包括介质因磁化而产生的磁场则用磁感应强度包括介质因磁化而产生的磁场则用磁感应强度B表示。单纯表示。单纯电流或运动电荷所引起的磁场则用磁场强度电流或运动电荷所引起的磁场则用磁场强度H表示。表示。第四页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/75 53.磁矩磁矩磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的磁矩是表示磁体本质的一个物理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩电流都具有磁矩m。方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形的面积的乘积闭环形的面积的乘积IS 在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J式中，式中，J为矢量积；为矢量积；B为磁感应强度，其单位为磁感应强度，其单位B=Wb是磁通量的单位是磁通量的单位第五页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/76 6磁矩在磁场中所受的力磁矩在磁场中所受的力 所以，磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁矩愈大，磁性愈强，所以，磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁矩愈大，磁性愈强，即物体在磁场中所受的力也大。磁矩只与物体本身有关，与外磁场无即物体在磁场中所受的力也大。磁矩只与物体本身有关，与外磁场无关。关。第六页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/77 74磁化强度磁化强度(1).磁化磁化 对于一般磁介质，无外加磁场时，其内部个磁矩的取向不一，对于一般磁介质，无外加磁场时，其内部个磁矩的取向不一，宏观无磁性。但在外磁场作用下，各磁矩有规则的取向，使磁介宏观无磁性。但在外磁场作用下，各磁矩有规则的取向，使磁介质宏观显示磁性，这就叫磁化。质宏观显示磁性，这就叫磁化。(2).磁化强度磁化强度反映磁介质磁化程度反映磁介质磁化程度(大小与方向大小与方向)的物理量。的物理量。磁化强度的物理意义是单位体积中的磁矩总和。设体积元磁化强度的物理意义是单位体积中的磁矩总和。设体积元 V内磁矩的矢量和为内磁矩的矢量和为M，则磁化强度，则磁化强度M为为第七页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/78 8式中磁矩矢量和的单位为式中磁矩矢量和的单位为Am2，V的单位为的单位为m3，因而磁化，因而磁化强度强度M的单位为的单位为Am-1，即与磁场强度，即与磁场强度H的单位一致。的单位一致。磁介质在外磁场中的磁化状态，主要由磁化强度磁介质在外磁场中的磁化状态，主要由磁化强度M决定。决定。M可正，可正，可负，有磁体内磁矩矢量和方向决定。因而磁化了的磁介质内部的磁可负，有磁体内磁矩矢量和方向决定。因而磁化了的磁介质内部的磁感应强度感应强度B可能大于，也可能小于磁介质不存在时真空中的磁可能大于，也可能小于磁介质不存在时真空中的磁感应强度感应强度B0在真空中在真空中0为真空磁导率为真空磁导率第八页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/79 9在外磁场在外磁场H中放入一磁介质，磁介质受外磁场作用下，处中放入一磁介质，磁介质受外磁场作用下，处于磁化状态，磁介质内部的磁感应强度于磁化状态，磁介质内部的磁感应强度B为为为介质的磁导率为介质的磁导率现定义现定义定义定义为介质的相对磁导率，则为介质的相对磁导率，则第九页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71010定义定义为介质的磁化率，为介质的磁化率，则可得磁化强度与磁场强度的关系则可得磁化强度与磁场强度的关系式中仅式中仅 与磁介质性质有关，它反应材料的磁化能力。没有与磁介质性质有关，它反应材料的磁化能力。没有单位，为一纯数，其值可正可负，决定与材料的不同磁性类别。单位，为一纯数，其值可正可负，决定与材料的不同磁性类别。第十页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71111在磁性材料内部在磁性材料内部B和和H的关系，二者不一定平行，矢量表达式的关系，二者不一定平行，矢量表达式Bi是磁性材料内的磁偶极矩被是磁性材料内的磁偶极矩被H磁化而贡献的；磁化而贡献的；一般磁性材料的磁化，不仅对磁感应强度一般磁性材料的磁化，不仅对磁感应强度B有贡献，而且可能影有贡献，而且可能影响磁场强度响磁场强度H，闭合环形磁芯，其闭合环形磁芯，其 式中式中H就等于外加磁场就等于外加磁场而缺口环形磁芯，由于缺口处出现表面磁极，就会产生一个磁化强度方而缺口环形磁芯，由于缺口处出现表面磁极，就会产生一个磁化强度方向相反的磁场，称为向相反的磁场，称为退磁场退磁场，以，以Hd表示，表示，第十一页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71212在均匀磁场时，在均匀磁场时，Hd正比于磁化强度正比于磁化强度M，方向和，方向和M相反，相反，其削弱磁化的作用表达式其削弱磁化的作用表达式N N为退磁因子，无量纲，与磁体几何形状有关，所以，缺口环形为退磁因子，无量纲，与磁体几何形状有关，所以，缺口环形磁芯的磁感应强度为磁芯的磁感应强度为 闭合环形磁芯闭合环形磁芯(a)和缺口环形磁芯和缺口环形磁芯(b)(a)(b)第十二页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71313对于长而细的旋转椭圆体，若磁化方向沿长轴，则退磁因子对于长而细的旋转椭圆体，若磁化方向沿长轴，则退磁因子N为为式中，式中，k为椭圆体的长轴为椭圆体的长轴c与短轴与短轴a之比值，即之比值，即k=c/a,(其中其中a=bc)。对于扁旋转椭圆体，若磁化方向平行于圆盘平面时，其对于扁旋转椭圆体，若磁化方向平行于圆盘平面时，其N为为第十三页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71414式中，式中，k为扁旋转椭圆体的直径与厚度之比值，即为扁旋转椭圆体的直径与厚度之比值，即k=c/a，(其中其中ab=c)。从而可以导出旋转椭圆体在极限情形的退磁因子：从而可以导出旋转椭圆体在极限情形的退磁因子：球形体球形体(a=b=c)：N=1/3；细长圆柱体细长圆柱体(a=bc)Na=Nb=0,Nc=1。第十四页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71515 由于不同的原子具有的电子壳层结构不同，因而表由于不同的原子具有的电子壳层结构不同，因而表现出不同的磁矩，所以当这些原子组成不同的物质时也现出不同的磁矩，所以当这些原子组成不同的物质时也要表现出不同的磁性。要表现出不同的磁性。注意：注意：原子的磁性虽然是物质磁性的基础，但不原子的磁性虽然是物质磁性的基础，但不能完全决定凝聚态物质的磁性，这是因为原子间的相能完全决定凝聚态物质的磁性，这是因为原子间的相互作用对磁性往往起着更重要的影响。互作用对磁性往往起着更重要的影响。第十五页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71616二二.物质的磁性分类物质的磁性分类 物质按磁化率以及在磁场中的行为可物质按磁化率以及在磁场中的行为可以分为五类，即抗磁性物质、顺磁性物质、以分为五类，即抗磁性物质、顺磁性物质、铁磁性物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物铁磁性物质、反铁磁性物质、亚铁磁性物质。质。1.顺磁性顺磁性顺磁性物质的顺磁性物质的磁化率为正值磁化率为正值，一般很小，室温下，一般很小，室温下 约为约为10-5（10-610-3）。由于电子自旋没有互相抵消，不论外加磁场是否存在，原）。由于电子自旋没有互相抵消，不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。在没有外磁场的作用时，由于物质中的原子子内部存在永久磁矩。在没有外磁场的作用时，由于物质中的原子做无规则的热振动，各个磁矩的指向是无序分布的，没有形成宏观做无规则的热振动，各个磁矩的指向是无序分布的，没有形成宏观磁化现象。但是在外加磁场的作用下，这些磁矩沿磁场方向排列，磁化现象。但是在外加磁场的作用下，这些磁矩沿磁场方向排列，物质显示极弱的磁性，这种现象叫顺磁性。物质显示极弱的磁性，这种现象叫顺磁性。第十六页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71717磁化强度磁化强度M与外磁场方向一致，与外磁场方向一致，M为正，而且为正，而且M严格地与外严格地与外磁场磁场H成正比。成正比。顺磁性物质的磁性除了与顺磁性物质的磁性除了与H有关外，还依赖于温度。其磁化有关外，还依赖于温度。其磁化率率 与绝对温度与绝对温度T成反比。成反比。式中式中T为绝对温度为绝对温度(K)；C称为居里常数，取决于称为居里常数，取决于顺磁物质的磁化强度和磁矩大小。顺磁物质的磁化强度和磁矩大小。还有一类与温度无关的顺磁体。如锂、钠、钾、铷还有一类与温度无关的顺磁体。如锂、钠、钾、铷等金属等金属第十七页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71818 具有铁磁性物质的具有铁磁性物质的磁化率为正值，而且很大磁化率为正值，而且很大。如。如Fe，Co，Ni，室温下磁化率可达室温下磁化率可达103数量级，属于强磁性物质。一般磁介质的数量级，属于强磁性物质。一般磁介质的B-H为线性关系，即为线性关系，即B H，不变，而对于铁磁体，不变，而对于铁磁体，B-H为非线性关系，为非线性关系，随外磁场变化。随外磁场变化。2.铁磁性铁磁性 铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而总磁矩为零，铁磁性消失。这一温度称为居里点因而总磁矩为零，铁磁性消失。这一温度称为居里点TC。在在居里点以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率与温度的关系服居里点以上，材料表现为强顺磁性，其磁化率与温度的关系服从居里从居里-外斯定律。外斯定律。第十八页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/71919 铁磁性物质和顺磁性物质的主要差异在于铁磁性物质和顺磁性物质的主要差异在于：即使在较弱的磁：即使在较弱的磁场内，前者也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去场内，前者也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性。后，仍可保留极强的磁性。3.亚铁磁体亚铁磁体 这类磁体有些像铁磁体，但这类磁体有些像铁磁体，但 值没有铁磁体大，通常的铁氧体，值没有铁磁体大，通常的铁氧体，磁铁矿（磁铁矿（Fe3O4）属于亚铁磁体。）属于亚铁磁体。第十九页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/720204.反铁磁性反铁磁性 这类磁体这类磁体的的 是小的正值是小的正值，温度低于某温度时，磁化，温度低于某温度时，磁化率同磁场的取向有关；高于这个温度，其行为像顺磁体。率同磁场的取向有关；高于这个温度，其行为像顺磁体。反铁磁性体的原子磁矩在同一子晶格中，无外磁场的作用时，磁反铁磁性体的原子磁矩在同一子晶格中，无外磁场的作用时，磁矩是同向排列的，具有一定的磁矩；在不同的子晶格中磁矩是反向排矩是同向排列的，具有一定的磁矩；在不同的子晶格中磁矩是反向排列。两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体列。两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体M0。反铁磁性物质大都是非金属化合物，如。反铁磁性物质大都是非金属化合物，如FeO，NiF2及各种锰盐。及各种锰盐。不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现不论在什么温度下，都不能观察到反铁磁性物质的任何自发磁化现象，因此其宏观特性是顺磁性的，象，因此其宏观特性是顺磁性的，M与与H处于同一方向，磁化率处于同一方向，磁化率 r为正为正值。值。第二十页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/721215.抗磁体抗磁体磁化强度磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。为负值时，固体表现为抗磁性。磁化率磁化率 一般约为一般约为-10-5，其绝对值很小。，其绝对值很小。当磁化强度当磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性。抗磁性物质为负时，固体表现为抗磁性。抗磁性物质的磁化强度是磁场强度的线性函数。的磁化强度是磁场强度的线性函数。Bi，Cu，Ag，Au等等金属具有这种性质。在外磁场中，这类磁化了的介质内部，金属具有这种性质。在外磁场中，这类磁化了的介质内部，B小小于真空中的于真空中的B0。构成抗磁性材料的原子（离子）的磁矩。构成抗磁性材料的原子（离子）的磁矩为零，即不存在永久磁矩，而前面所讨论的铁磁性、反为零，即不存在永久磁矩，而前面所讨论的铁磁性、反铁磁性、顺磁性等都是源于原子磁矩而产生的磁性铁磁性、顺磁性等都是源于原子磁矩而产生的磁性。第二十一页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72222当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，围绕原当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，围绕原子核作回旋轨道运动的电子按照楞次定律会产生感生电流，此感生子核作回旋轨道运动的电子按照楞次定律会产生感生电流，此感生电流产生与外加磁场方向相反的磁场，这便是反磁性产生的根源。电流产生与外加磁场方向相反的磁场，这便是反磁性产生的根源。所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态的变化。抗磁性物质的抗磁所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态的变化。抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率性一般很微弱，磁化率 一般约为一般约为-10-5，其绝对值很小。符合抗磁，其绝对值很小。符合抗磁性条件的就是那些填满了电子壳层的原子和离子，因此周期表中前性条件的就是那些填满了电子壳层的原子和离子，因此周期表中前18个元素主要表现为抗磁性。这些元素构成了无机材料中，个元素主要表现为抗磁性。这些元素构成了无机材料中，几乎所有阴离子，如几乎所有阴离子，如O2-，F-，Cl-，S2-，SO42-，CO32-，N3-，OH-等。在这些阴离子中，电子填满壳层，自旋磁矩平衡。等。在这些阴离子中，电子填满壳层，自旋磁矩平衡。第二十二页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72323三三.磁性的起源磁性的起源材料的宏观磁性来源于材料的宏观磁性来源于原子磁矩原子磁矩原子磁矩的来源：原子磁矩的来源：1)电子围绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形电子围绕原子核的轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的成一个沿旋转轴方向的电子轨道磁矩电子轨道磁矩；2)每个电子本身自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的每个电子本身自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的电子自旋磁矩电子自旋磁矩；3）原子核磁矩原子核磁矩。原子核磁矩的值很小，一般可以忽略不计。原子核磁矩的值很小，一般可以忽略不计。第二十三页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/724241.电子轨道磁矩电子轨道磁矩 电子绕原子核轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一电子绕原子核轨道运动，产生一个非常小的磁场，形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩。个沿旋转轴方向的轨道磁矩。设设r为电子运动轨道的半径，为电子运动轨道的半径，L为电子运动的轨道角动量，为电子运动的轨道角动量，为电子绕为电子绕核运动的角速度核运动的角速度则磁矩为电流与电流回路包围面积的乘积，则电子轨道磁矩则磁矩为电流与电流回路包围面积的乘积，则电子轨道磁矩第二十四页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72525磁矩方向垂直于电子运动轨迹平面，符合右手螺旋定则。磁矩方向垂直于电子运动轨迹平面，符合右手螺旋定则。它在外磁场方向上的投影，即电子轨道磁矩在外磁场方向上的分它在外磁场方向上的投影，即电子轨道磁矩在外磁场方向上的分量，满足量子化条件量，满足量子化条件ml=0,1,2,l式中式中e电子电量，电子电量，h普朗克常量，普朗克常量，me电子质量。电子质量。ml电子运动状态的磁量子数，下角标电子运动状态的磁量子数，下角标z表示外磁场方向；表示外磁场方向；B为波为波尔磁子，是电子磁矩的最小单位，其值为尔磁子，是电子磁矩的最小单位，其值为第二十五页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72626原原子子内内的的电电子子运运动动服服从从量量子子力力学学规规律律，由由电电子子轨轨道道运运动动产产生生的的动量矩应由角动量来代替，角动量是量子化的。动量矩应由角动量来代替，角动量是量子化的。当当电电子子运运动动状状态态的的主主量量子子数数为为n时时，角角动动量量由由角角量量子子数数l来来确确定定，角动量角动量pl的绝对值为：的绝对值为：l的可能值为：的可能值为：h为普朗克常数第二十六页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72727令令式式中中 B称称为为玻玻尔尔(Bohr)磁磁子子，作作为为电电子子磁磁矩矩的的单单位位，它它有有确确定定值值为为9.2710-24Am2当电子处于当电子处于l0，即，即s态时，角动量与轨道磁矩都为零。态时，角动量与轨道磁矩都为零。当当l不为不为0时，电子轨道磁矩不是玻尔磁子的整数倍。时，电子轨道磁矩不是玻尔磁子的整数倍。量子化情况下，对应于角动量的磁矩量子化情况下，对应于角动量的磁矩为为第二十七页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72828角角动动量量和和磁磁矩矩在在空空间间都都是是量量子子化化的的，它它们们在在外外磁磁场场方方向向的的分分量量不不连连续续，只只能能有有一一组组确确定定的的间间断断值值，这这些些间间断断值值取取决决于于磁磁量量子子数数ml，共共n个可能值个可能值共共2l1个可能值个可能值此处此处l l为轨道磁力比为轨道磁力比第二十八页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/72929符号决定于电子自旋方向，和外磁场一致为正，反之为负。符号决定于电子自旋方向，和外磁场一致为正，反之为负。2.自旋磁矩自旋磁矩 每个电子本身作自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的每个电子本身作自旋运动，产生一个沿自旋轴方向的自旋磁矩。实验测定电子自旋磁矩在外磁场方向上的分量自旋磁矩。实验测定电子自旋磁矩在外磁场方向上的分量恰好为一个波尔磁子恰好为一个波尔磁子原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩构成了原子固有磁矩，也称原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩构成了原子固有磁矩，也称为为本征磁矩本征磁矩。第二十九页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73030 如果要确定一个原子的磁矩，并考虑核外电子多于一个电如果要确定一个原子的磁矩，并考虑核外电子多于一个电子的情况，则首先要了解原子中电子的分布规律以及原子中电子的情况，则首先要了解原子中电子的分布规律以及原子中电子的角动量是如何耦合的。子的角动量是如何耦合的。电子壳层与磁性电子壳层与磁性 在多电子原子中，决定电子所处的状态的准则有两条：在多电子原子中，决定电子所处的状态的准则有两条：一是泡利（一是泡利（Pauli）不相容原理，即是说在已知体系中，同一）不相容原理，即是说在已知体系中，同一（n,l,ml,ms）量子态上不能有多于一个电子；）量子态上不能有多于一个电子；二是能量最低原理，即体系能量最低时，体系最稳定。二是能量最低原理，即体系能量最低时，体系最稳定。第三十页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73131（1）多电子原子中电子的分布规律：）多电子原子中电子的分布规律：n,l,ml,ms四个量子数确定以后，电子所处的位置随之而定，且这四个量子数确定以后，电子所处的位置随之而定，且这四个量子数都相同的电子不多于一个。四个量子数都相同的电子不多于一个。n,l,ml,三个量子数都相同的电子数最多只能有两个，而自旋磁量子三个量子数都相同的电子数最多只能有两个，而自旋磁量子数不能相同，只能分别为数不能相同，只能分别为1/2和和-1/2。n,l两个量子数相同的电子最多只有两个量子数相同的电子最多只有2(2l+1)个。个。凡主量子数相同的电子最多只有凡主量子数相同的电子最多只有2n2个。个。第三十一页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73232 如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个球形如果原子中所有电子壳层都是填满的，由于形成一个球形对称的集体，则电子轨道磁矩和电子自旋磁矩各相互抵消，对称的集体，则电子轨道磁矩和电子自旋磁矩各相互抵消，此时原子本征磁矩此时原子本征磁矩P P0 0 原子是否具有磁矩，取决于具体的电子壳层结构。若有未被填满的原子是否具有磁矩，取决于具体的电子壳层结构。若有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被完全抵消，原子就具有永久磁矩。电子壳层，其电子的自旋磁矩未被完全抵消，原子就具有永久磁矩。例例Fe Fe 除除3d3d壳层外各层均被电子填满，壳层外各层均被电子填满，3d3d层有层有6 6个电子，个电子，4 4个自旋平个自旋平行的单电子，总的电子自旋磁矩为行的单电子，总的电子自旋磁矩为4 4而而ZnZn原子等，不显磁性。原子等，不显磁性。第三十二页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73333（2）角动量耦合和原子总磁矩）角动量耦合和原子总磁矩原子中的角动量耦合方式有两种：原子中的角动量耦合方式有两种：轨道轨道-自旋耦合自旋耦合 ；耦合。耦合。LS耦耦合合发发生生在在原原子子序序数数较较小小的的原原子子中中：由由于于各各个个电电子子轨轨道道角角动动量量之之间耦合强间耦合强。在元素周期表中原子序数在元素周期表中原子序数Z32的原子，都为的原子，都为LS耦合。耦合。Z大大于于32到到Z82的的原原子子，LS耦耦合合逐逐步步减减弱弱，最最后后完完全全过过渡渡到到jj耦合。耦合。第三十三页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73434对对于于原原子子序序数数Z82的的元元素素：电电子子本本身身的的耦耦合合较较强强，这这类类原原子子的的都都以以jj方式进行耦合。方式进行耦合。铁磁物质的角动量大都属于耦合，其耦合方式的图解如下铁磁物质的角动量大都属于耦合，其耦合方式的图解如下：第三十四页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73535J为原子的总量子数为原子的总量子数由由于于电电子子的的轨轨道道磁磁力力比比与与自自旋旋磁磁力力比比不一致，不一致，故方向有差异。故方向有差异。第三十五页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73636gJ称为朗德因子或光谱分裂因子。称为朗德因子或光谱分裂因子。两种情况两种情况:L=0,gJ=2,原子总磁矩都是由自旋磁矩贡献的。原子总磁矩都是由自旋磁矩贡献的。S=0,gJ=1,原子总磁矩都是由轨道磁矩贡献的。原子总磁矩都是由轨道磁矩贡献的。第三十六页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/73737洪德法则洪德法则洪德法则是基于对光谱线的实验而建立的。其内容如下：洪德法则是基于对光谱线的实验而建立的。其内容如下：法则一：在法则一：在Pauli原理允许下，给定的电子组态具有原理允许下，给定的电子组态具有S最大值最大值法则二：在相应最大值时给出的法则二：在相应最大值时给出的L值应最大，值应最大，法则三：未满壳层中电子总角动量法则三：未满壳层中电子总角动量J分别由下述情况给出：分别由下述情况给出：J=L-S,次壳层上的电子数不够半满数次壳层上的电子数不够半满数J=L+S,次壳层上的电子数等于或大于半满数。次壳层上的电子数等于或大于半满数。第三十七页，讲稿共三十八页哦2022/10/72022/10/7感谢大家观看第三十八页，讲稿共三十八页哦