何谓铁磁性教学内容.ppt

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1、何谓铁磁性何谓铁磁性物质磁性的起源：物质磁性的起源：磁源于电子的轨道和自旋运动磁源于电子的轨道和自旋运动OriginofMagnetism电子的循轨磁矩电子的循轨磁矩:电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩:电子的循轨磁矩电子的循轨磁矩:电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩:电子的磁矩电子的磁矩e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨道量子数；s:自旋量子数。外磁场（Z）方向上的磁矩分量：电子的轨道磁矩轨道电流产生的轨道磁矩为：电子轨道运动的角动量为：轨道角动量与轨道磁矩关系：角动量的方向始终与轨道磁矩方向相反。Pm=ISILn原子的磁矩原子的磁矩电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成电子磁矩由电子的

2、轨道磁矩和自旋磁矩组成 孤立原子的磁矩决定于原子的结构孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性磁矩相互抵消，因而不显磁性原子构成晶体后，过渡族元素铁族原子构成晶体后，过渡族元素铁族3 3d d，钯族钯族4 4d d，铂铂族族5 5d d，锕族，锕族6 6d d壳层未满，由于晶场作用使电子的轨壳层未满，由于晶场作用使电子的轨道角动量动结。道角动量动结。F F电子影响较小。电子影响较小。电子（轨道电子（轨道+自旋）磁矩自旋）磁矩 原子核的磁矩原子核的磁矩物质磁性的本质物质磁性的本质顺磁性物质的

3、磁化顺磁性物质的磁化在强磁场中的順磁性物质H=0时的順磁性物质磁铁是怎么被磁化的呢？磁铁是怎么被磁化的呢？MH铁磁体顺磁体三三.磁化率磁化率 和磁导率和磁导率 MHH磁化率磁化率:反映物质磁化难易程度反映物质磁化难易程度(Magnetic Susceptibility)：H=0H10H2H1磁导率磁导率磁性的基本量及单位磁性的基本量及单位 磁导率磁导率磁感应强度:B(特斯拉)磁化强度:M(安/米)磁场强度:H(安/米)BMHsHMBH顺磁性物质的磁化顺磁性物质的磁化H=0H0磁性的分类磁性的分类弱磁性弱磁性:1.抗磁性抗磁性：是甚小的负常数，约是甚小的负常数，约10-6数量级。数量级。M与与H

4、反向反向.2.顺磁性顺磁性：是正常数，约是正常数，约10-3 10-6 数量级数量级.3.反铁磁性反铁磁性：为甚小的正常数为甚小的正常数.强磁性强磁性4.铁磁体：铁磁体：为很大的正变数，约在为很大的正变数，约在10 10 6 数量级。数量级。5.亚铁磁体：亚铁磁体：与铁磁体相似，但与铁磁体相似，但 值较小，如磁铁矿（值较小，如磁铁矿（Fe3O4)。MH抗磁性顺磁性亚铁磁性铁磁性反铁磁Classes of Magnetic Materials顺磁性顺磁性v顺磁性顺磁性定义定义:当材料被磁化后当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相磁化矢量与外加磁场的方向相同时，固体表现为顺磁性。同时，固体表现

5、为顺磁性。顺磁性物质的磁化率一般很小，室温下约为顺磁性物质的磁化率一般很小，室温下约为10-310-6 数量级。数量级。原子内部存在固有磁矩原子内部存在固有磁矩(离子有未填满的电子壳层离子有未填满的电子壳层)。如过渡元素、稀土元素：如过渡元素、稀土元素：3d-金属金属Ti,V;4d-金属铌金属铌Nb,锆锆Zr,钼钼Mo，钯钯Pd；5d-金属金属(Hf,Ta,W,铂铂Pt）。）。自由电子的顺磁性大于离子的抗磁性。如：碱金属和自由电子的顺磁性大于离子的抗磁性。如：碱金属和碱土金属离子虽然是填满的壳层，但碱土金属离子虽然是填满的壳层，但Li，Na,K，Mg，Al是顺磁性金属。是顺磁性金属。顺磁性物质

6、的磁化率与温度顺磁性物质的磁化率与温度 的关系服从居里的关系服从居里-外外 斯定律：斯定律：磁性的分类磁性的分类磁性的分类磁性的分类v抗磁性抗磁性定义定义:当材料被磁化后当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相磁化矢量与外加磁场的方向相反时，固体表现为抗磁性。反时，固体表现为抗磁性。抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率 是甚小的是甚小的负常数负常数(M M与与H H反向反向)，一般约为，一般约为10-6 数量级。数量级。抗磁性是电子电子的循轨运动在外加磁场作用下的抗磁性是电子电子的循轨运动在外加磁场作用下的结果结果.任何金属都具有抗磁性任何金属都具有抗磁性

7、.金属中有一半是抗磁金属。金属中有一半是抗磁金属。Cu,Ag,Au,Hg,Zn,Cu,Ag,Au,Hg,Zn,BiBi等。等。(因抗磁性大于电子的顺磁性因抗磁性大于电子的顺磁性)抗磁性抗磁性磁性的分类磁性的分类磁性的分类磁性的分类运动电子在外磁场作用下，受电磁感应而表运动电子在外磁场作用下，受电磁感应而表现出的特性。所有物质都具有抗磁性，但只现出的特性。所有物质都具有抗磁性，但只有满壳层电子的原子才能表现出抗磁性来。有满壳层电子的原子才能表现出抗磁性来。HiiMFeFeM附加磁矩：附加磁矩：原子抗磁矩原子抗磁矩:抗磁性抗磁性铁磁性铁磁性v铁磁性铁磁性有一类物质如有一类物质如Fe,Co,Ni，室

8、温下磁化率可达室温下磁化率可达10 10 6 数数量级量级，这类物质的磁性称为铁磁性，这类物质的磁性称为铁磁性铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化铁磁性物质即使在较弱的磁场内，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（有强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性（有剩磁）。各类磁性物质的剩磁）。各类磁性物质的-曲线示于下图曲线示于下图磁性的分类磁性的分类磁性的分类磁性的分类v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，铁磁性消失。这一温度来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为称为居里点居里点其

9、磁化率与温度的关系服从居里其磁化率与温度的关系服从居里一外斯定律一外斯定律 铁磁性铁磁性磁性的分类磁性的分类磁性的分类磁性的分类-Fe-Fe(910);-Fe-Fe(1401);1/5009001300t/铁在高温时顺磁磁化率的变化反铁磁自旋有序，首先是由舒尔和司马特利用中子衍射实验在MnO上证实。MnO的晶体结构是Mn离子形成面心立方晶格，O离子位于每个Mn-Mn对之间。从中子衍射线，超过奈耳点的室温衍射图与奈耳点以下80K温度的衍射图比较，看到低于奈耳点的衍射图有额外的超点阵线，通过分析得到反铁磁的磁结构。奈耳点以上奈耳点以上奈耳点以下奈耳点以下反铁磁性反铁磁性磁性的分类磁性的分类磁性的分

10、类磁性的分类亚铁磁性体：亚铁磁性体：相邻原子磁体反平行，磁矩大小不同，相邻原子磁体反平行，磁矩大小不同，产生与铁磁性相类似的磁性。一般称产生与铁磁性相类似的磁性。一般称为铁氧体的大部分铁系氧化物即为此。为铁氧体的大部分铁系氧化物即为此。磁性材料：磁性材料：铁磁性与亚铁磁性的统称。铁磁性与亚铁磁性的统称。亚铁磁性体亚铁磁性体磁性的分类磁性的分类磁性的分类磁性的分类一、基本参量及单位基本参量及单位B:1T=104G;H:1kAm-1=4Oe;M:1kAm-1=emucm-3(BH)max:1kJm-3=410-2MGOe磁矩磁矩m：磁化强度磁化强度M：M=m/V磁场强度磁场强度H H：=ml=0m

11、 磁极化强度磁极化强度Jm：Jm=0M磁感应强度磁感应强度B：磁偶极矩磁偶极矩 jmm=is(CGS:Gauss;Oe;emu/cm3)B=H+4M(SI:T特斯拉特斯拉；A/m；A/m 或或Wb/m2);B=0(H+M)单位换算：单位换算：电子的循轨磁矩电子的循轨磁矩:电子的磁矩电子的磁矩s:自旋量子数玻尔磁子：电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩:l:轨道量子数电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 孤立原子的磁矩决定于原子的结构孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消

12、，因而不显磁性磁矩相互抵消，因而不显磁性原子构成晶体后，过渡族元素铁族原子构成晶体后，过渡族元素铁族3 3d d，钯族钯族4 4d d，铂铂族族5 5d d，锕族，锕族6 6d d壳层未满，由于晶场作用使电子的轨壳层未满，由于晶场作用使电子的轨道角动量动结。道角动量动结。F F电子影响较小。电子影响较小。电子（轨道电子（轨道+自旋）磁矩自旋）磁矩 原子核的磁矩原子核的磁矩原子磁矩原子磁矩磁性的分类磁性的分类弱磁性弱磁性:1.抗磁性抗磁性：是甚小的负常数，约是甚小的负常数，约10-6数数量级。量级。M与与H反向。金属中有一半是抗磁反向。金属中有一半是抗磁体。体。Cu,Ag,Au,Hg,Zn等。等

13、。2.顺磁性顺磁性：是正常数，约是正常数，约10-3 10-6 数量数量级。铂，钯，奥氏体不锈钢。级。铂，钯，奥氏体不锈钢。Li,Na,K等。等。3.反铁磁性反铁磁性：为甚小的正常数。如为甚小的正常数。如-锰，锰，铬，氧化镍，氧化锰等。铬，氧化镍，氧化锰等。强磁性强磁性4.铁磁体：铁磁体：为很大的正变数，约在为很大的正变数，约在10 10 6 数量级。数量级。5.亚铁磁体：亚铁磁体：与铁磁体相似，但与铁磁体相似，但 值值较小，如磁铁矿（较小，如磁铁矿（Fe3O4)。MH抗磁性顺磁性亚铁磁性铁磁性反铁磁Classes of Magnetic Materials正离子的抗磁性抗磁性源于其电子的轨道

14、运动轨道运动，正离子的顺磁性顺磁性源于原子的固有磁矩固有磁矩。自由电子的顺磁性顺磁性源于电子的自旋运动自旋运动,自旋磁矩转到外磁场方向；自由电子的抗磁性抗磁性源于电子受洛伦兹力而做圆周运动圆周运动，产生的磁矩与外磁场反向。强顺磁性过渡族金属Pd溶于Cu,Ag中情况rPd100500-2010-82010-8Cu-PdAg-Pd1/5009001300t/铁在高温时顺磁磁化率的变化影响磁化率的因素磁化率的测量磁秤法：F=VHdH/dx2=1I2/I1P142复习题复习题何谓磁矩磁矩?磁矩的最小单元是什么？电子磁矩可分哪几部分？原子的总磁矩与原子结构有何关系？何谓铁磁性铁磁性?铁磁性物质与顺磁性顺磁性物质有何区别?何谓抗磁性?产生抗磁性抗磁性的根源是什么?列表给出主要磁学量的国际单位和高斯单位，并给出它们之间的换算关系。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！28