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材料物理性能四、五、六章.ppt

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材料物理性能四、五、六章.ppt
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2019/9/11,1,材料物理性能,主讲教师:韩立影,2019/9/11,2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,了解材料的磁性,对于研究材料结构及相变是非常重要的。,,,,,,,,,,,,磁性材料被广泛使用于计算机、航空航天、农业、医疗等技术领域,是重要的功能材料。,第四章磁性分析,2019/9/11,3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,材料磁性的本质:是材料内部电子的循轨和自旋运动产生的.,物理学:任一封闭电流都有磁矩,其方向与环形电流法线方向一致,大小=I×S。,材料内部电子的循轨和自旋运动都可看作是一个闭合的环形电流,因而必然会产生磁矩.,第四章磁性分析,4.1 磁性及其物理本质,一、材料的磁性,2019/9/11,4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,电子自旋运动产生的磁矩称为自旋磁矩.,,,,,,,,,,,,,eg:Fe原子中共26个电子,电子层分布为1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2,除3d次电子层外,各层均被电子填满,自旋磁矩被抵消。,,当原子中有未被排满的电子层时,原子所具有的磁矩为原子的固有磁矩。(由于未被排满的电子层电子磁矩之和不为零),根据洪特法则:电子在3d层中应尽可能填充到不同轨道,并且它们的自旋尽量在同方向上(平行自旋).见填充示意图。 因此Fe原子的固有磁矩是4个电子磁矩的总和。,电子循轨运动产生的磁矩称为轨道磁矩。,2019/9/11,5,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,每一个外层有s、p、d、f 四个亚层,四个亚层分别有1、3、5、7个轨道。,,铁原子外层电子排布,3s2 3p6 3d6,1s2,2s2 2p6,4s2,2019/9/11,6,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,铁使磁场强烈地增强;铜使磁场减弱;铝虽使磁场增强,但很微弱.,物质在磁场中由于受磁场的作用都呈现出一定的磁性,这种现象称为磁化。,凡是能被磁场磁化的物质称为磁介质。,当磁介质在外加磁场H中被磁化时,会产生附加磁场H’,这时,其所处的总磁场强度为,无外加磁场,宏观上材料不呈现出磁性; 当材料被磁化后,会表现出一定的磁性.,,物体的磁化未改变原子固有磁矩的大小,而是改变了它们的取向。,,,二.材料的磁化,通常,2019/9/11,7,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,单位体积的磁矩称为磁化强度,用 表示。,磁化强度与外加磁场强度 有关,还与物质本身的磁化特性有关,即,,—磁化率,其值可正、可负。,,,,,,H’=,,,(4-5),,,通过磁场中某点,垂直于磁场方向单位面积的磁力线数称为磁感应强度,用 表示,其单位为T(特斯拉),它与磁场强度的关系是,,或,—真空磁导率,,(4-6),(4-7),2019/9/11,8,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,将式(4-5)代入式(4-6)可得,式中: 为相对磁导率; 为磁导率或导磁系数,单位与 相同,它反应了磁感应强度B随外磁场H变化的速率。,,,,,,,,,,,,,,,(4-8),,,2019/9/11,9,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,材料被磁化后: 使磁场减弱的物质称为抗磁性材料; 使磁场略有增强的为顺磁性材料; 使磁场强烈增加的为铁磁性材料。,一.材料抗磁性与顺磁性的物理本质,材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁性, <0;材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁性, >0.,,,,,,4.2 抗磁性与顺磁性,2019/9/11,10,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,把测量的磁感应强度B或磁化强度M与外加磁场强度H的关系曲线称为磁化曲线.抗磁与顺磁性材料的磁化曲线如图4-1所示。,,,图4-1 抗磁与顺磁物质的磁化曲线,磁化强度与磁场强度之间均呈直线关系;磁化率常数很小,但磁化方向相反;当去除外磁场之后,仍恢复到未磁化前的状态,即存在磁化可逆性。,4.2 抗磁性与顺磁性,2019/9/11,11,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,材料的抗磁性来源于电子循轨运动时受外加磁场作用产生的抗磁矩.,证明过程:取循轨运动方向相反的两个电子,如图4-2,,,,,图4-2 形成抗磁磁矩∆m的示意图,电子循轨运动产生的轨道磁矩大小为,,(4-9),—电子电荷,,—电子循轨运动的角速度,—轨道半径,,,1.抗磁性,2019/9/11,12,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
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