§4-5-磁介質(zhì)的磁化規(guī)律和機(jī)理-鐵電體

電介質(zhì)里，，，對(duì)大多數(shù)電介質(zhì)，和與場(chǎng)強(qiáng)無關(guān)，的數(shù)量級(jí)一般不太大(通常在10以內(nèi))，

且與無關(guān)，且與無關(guān)§4-5磁介質(zhì)的磁化規(guī)律和機(jī)理鐵電體5.1磁介質(zhì)的分類電介質(zhì)與磁介質(zhì)的比較磁介質(zhì)，對(duì)于不同類型的磁介質(zhì)情況很不一樣順磁質(zhì)——抗磁質(zhì)——鐵磁質(zhì)——與不成比例，甚至沒有單值關(guān)系

15.2順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)分子磁矩的由來在原子或分子內(nèi)，一般不止有一個(gè)電子分子磁矩：所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和電子軌道磁矩電子自旋磁矩若分子中所有電子磁矩（分子固有磁矩）為零，抗磁質(zhì)若分子中所有電子磁矩（分子固有磁矩）不為零，順磁質(zhì)2順磁質(zhì)的磁化規(guī)律順磁效應(yīng)：順磁物質(zhì)中，分子具有固有磁矩，在外磁場(chǎng)作用下，分子磁矩在一定程度上沿外場(chǎng)排列起來。溫度越高，順磁效應(yīng)越弱。3外磁場(chǎng)對(duì)電子軌道運(yùn)動(dòng)的影響外磁場(chǎng)作用在一個(gè)抗磁原子上，考慮電子的軌道運(yùn)動(dòng)(先假設(shè)電子角速度平行于外磁場(chǎng))求無外磁場(chǎng)時(shí)的角速度ω0(電子只受庫侖力）加不太大的外磁場(chǎng)B<<電子受庫侖力、洛倫茲力（指向中心），假設(shè)軌道的半徑不變（相當(dāng)于定態(tài)假設(shè)），且此時(shí)洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫侖力（見P257解釋）抗磁質(zhì)的磁化規(guī)律4洛侖茲力遠(yuǎn)小于庫侖力，略去高階小量考慮電子角速度反平行于外磁場(chǎng)，有同樣結(jié)論，Δω的方向總是與外磁場(chǎng)B同向5電子角速度改變將引起電子磁矩改變總是與外磁場(chǎng)方向相反ω0與B成任何角度時(shí)：

Δω的方向總是與外磁場(chǎng)B相同，從而產(chǎn)生的附加磁矩Δm總是與B的方向相反?？勾判晕镔|(zhì)的分子無固有磁矩（每個(gè)電子的磁矩m0方向不同，抵消了），但加了外磁場(chǎng)后，每個(gè)電子的感生磁矩Δm

都與外磁場(chǎng)方向相反，從而整個(gè)分子內(nèi)將產(chǎn)生與外磁場(chǎng)方向相反的感生磁矩。這便是抗磁效應(yīng)的來源。

注：抗磁效應(yīng)在順磁介質(zhì)中也存在，但其順磁效應(yīng)比抗磁效應(yīng)強(qiáng)得多，掩蓋了抗磁效應(yīng)。65.3鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律鐵磁質(zhì)

以鐵為代表的一類磁性很強(qiáng)的物質(zhì)研究鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)方法把鐵磁質(zhì)試樣做成閉合環(huán)狀。上面均勻地繞滿導(dǎo)線，在這樣一個(gè)螺繞環(huán)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H是和磁化場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H0一樣的，根據(jù)當(dāng)知道羅繞環(huán)的匝數(shù)及電流I0，就可以得到H。利用一個(gè)次級(jí)線圈可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B。7（1）起始磁化曲線M-H曲線

磁化場(chǎng)H0=0

(即H=0)的時(shí)候處于未磁化狀態(tài)(M=0)，在逐漸增加磁化場(chǎng)H0的過程中，磁化強(qiáng)度M隨之增加

開始M增加得較緩慢（M-H曲線的OA段），然后經(jīng)歷一段急劇增加的過程（AB段），又緩慢下來（BC段）。再繼續(xù)增大磁化場(chǎng)時(shí)，幾乎不再變了，Ms為飽和磁化強(qiáng)度。從未磁化到飽和的這段磁化曲線OS，叫做鐵磁質(zhì)的起始磁化曲線

M-H曲線上任何一點(diǎn)聯(lián)到原點(diǎn)O的直線的斜率代表該磁化狀態(tài)下的磁化率8B-H曲線

在鐵磁質(zhì)中，M的數(shù)值比

H大得多（102-106）倍B-H曲線的外貌與M-H曲線差不多B-H曲線上任何一點(diǎn)聯(lián)到原點(diǎn)O的直線的斜率代表該磁化狀態(tài)下的磁導(dǎo)率9當(dāng)H的數(shù)值由0開始增加時(shí)，χm與μ的數(shù)值分別由某一數(shù)值(χm)起始與μ起始開始增加。然后接近某一最大值(χm)最大與μ最大=1+(χm)最大當(dāng)H再增加時(shí)，由于磁化接近飽和，χm與μ的數(shù)值都急劇減少飽和磁化強(qiáng)度MS、起始（相對(duì)）磁導(dǎo)率μ起始、最大（相對(duì)）磁導(dǎo)率μ最大是標(biāo)志軟磁材料性能好壞的基本量。

μ-H曲線

10（2）磁滯回線MR：剩余磁化強(qiáng)度BR:剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度HC：矯頑力在上述變化過程中，M和B的變化總是落后于H的變化，這一現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象;上述曲線叫磁滯回線。RC：退磁曲線115.4磁滯損耗當(dāng)鐵磁質(zhì)在交變磁場(chǎng)作用下，反復(fù)磁化，由于磁滯效應(yīng)，磁體要發(fā)熱而散失熱量，這種能量損失稱為磁滯損耗?？梢宰C明：B－H圖中磁滯回線所包圍的“面積”代表在一個(gè)反復(fù)磁化的循環(huán)過程中單位體積的鐵芯內(nèi)損耗的能量（下一頁證明之）磁滯回線越胖，曲線下面積越大，損耗越大磁滯回線越瘦，曲線下面積越小，損耗越小12證明以有閉合鐵芯的螺繞環(huán)為例設(shè)t時(shí)刻介質(zhì)處于某一磁化狀態(tài)P，此處H>0，B>0dt內(nèi)，P—P’，鐵芯中磁通改變量為dΨ電源抵抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功135.5鐵磁質(zhì)的分類軟磁材料HC小，磁滯回線瘦，磁滯損耗小通電后立即磁化獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，斷電立即退磁（繼電器）硬磁材料HC大，

HC：104～106A/m；磁滯回線胖，磁滯損耗大撤去外場(chǎng)后，仍能保持強(qiáng)磁性。（永磁體：揚(yáng)聲器、耳機(jī)、錄音機(jī)等）按矯頑力大小分類145.6鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和磁化機(jī)理自發(fā)磁化區(qū)近代科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于電子自旋磁矩。在沒有外磁場(chǎng)的條件下鐵磁質(zhì)中電子自旋磁矩可以在小范圍內(nèi)“自發(fā)地”排列起來，形成一個(gè)個(gè)小的“自發(fā)磁化區(qū)”——磁疇自發(fā)磁化的原因是由于相鄰原子中電子之間存在著一種交換作用（一種量子效應(yīng)），使電子自旋平行排列起來，能量最低而達(dá)到自發(fā)磁化的飽和狀態(tài)15單晶和多晶磁疇結(jié)構(gòu)的示意16a：未磁化時(shí)狀態(tài)b：疇壁的可逆位移階段—OA段c：不可逆的磁化—AB段d：磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)—BC段e：趨于飽和的階段—CS段在外磁場(chǎng)撤消后，鐵磁質(zhì)內(nèi)摻雜和內(nèi)應(yīng)力或因?yàn)榻橘|(zhì)存在缺陷阻礙磁疇恢復(fù)到原來的狀態(tài)磁化過程示意17鐵磁質(zhì)的磁化18磁疇19影響鐵磁質(zhì)磁性的因素溫