材料的磁化率.docx

为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划材料的磁化率　　磁化率　　磁化率的概念　　magneticsusceptibility　　表征磁介质属性的物理量常用符号cm表示，等于磁化强度M与磁场强度H之比[1]，即　　M＝cmH对于顺磁质，cm＞0，对于抗磁质，cm＜0，其值都很小对于铁磁质，cm很大，且还与H有关对于各向同性磁介质，cm是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是一个二阶张量在国际单位制中，磁化率cm是一个无量纲的纯数　　某一物质的磁化率可以用体积磁化率κ或者质量磁化率χ来表示体积磁化率无量纲参数在CGS单位系统下的磁化率值是SI下的４π倍，即χ=４πχ体积磁化率除以密度即为质量磁化率，亦即χ＝κ／ρ，其单位为m^3/kg．磁化率的特性　　物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，其磁场强度H′与外磁场强度H之和称为该物质的磁感应强度B，即　　B=H+H′(1)　　H′与H方向相同的叫顺磁性物质，相反的叫反磁性物质还有一类物质如铁、钴、镍及其合金，H′比H大得多高达10，而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失，这类物质称为铁磁性物质。

　　物质的磁化可用磁化强度I来描述，H′=4πI对于非铁磁性物质，I与外磁场强度H成正比　　I=KH(2)　　式中，K为物质的单位体积磁化率(简称磁化率)，是物质的一种宏观磁性质在化学中常用单位质量磁化率χm或摩尔磁化率χM表示物质的磁性质，它的定义是χm=K/ρ(3)　　χM=MK/ρ(4)　　式中，ρ和M分别是物质的密度和摩尔质量由于K是无量纲的量，所以χm和χM的单位分别是cm·g和cm·mol-1　　磁感应强度SI单位是特［斯拉］(T)，而过去习惯使用的单位是高斯(G)，1T=104G　　2.分子磁矩与磁化率　　物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关，在反磁性物质中，由于电子自旋已配对，故无永久磁矩但是内部电子的轨道运动，在外磁场作用下产生的拉摩进动，会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，所以表示出反磁性其χM就等于反磁化率χ反，且χM0顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律　　(6)　　式中，NA为Avogadro常数;K为Boltzmann常数(×10erg·K);T为热力学温度;μm为分子永久磁矩(erg·G)由此可得　　(7)　　由于χ反不随温度变化(或变化极小)，所以只要测定不同温度下的χM对1/T作图，截矩即为χ反，由斜率可求μm。

由于比χ顺小得多，所以在不很精确的测量中可忽略χ反作近似处理　　(8)　　顺磁性物质的μm与未成对电子数n的关系为　　(9)　　式中，是玻尔磁子，其物理意义是:单个自由电子自旋所产生的磁矩μB=×10erg·G=×10J·G=×J·T　　http:///722/　　#16143.　　自旋波理论是1930年由布洛赫首先提出的设想有一铁磁自旋系统，单位体积内有N个原子呈规则排列，每个原子自旋S=1/2在温度为0K时，铁磁系统处于基态，由于原子之间存在交换作用，所有自旋平行排列，指向为正向总的磁化强度M0=NμB当温度稍有上升，由于热扰动的影响，使得系统中有一自旋翻转，指向反向，则因为相邻自旋之间的交换作用，这一反向自旋将使最邻近的自旋也有翻转的趋势待邻近自旋反向后，这一原先反向的自旋又回到正向取向，由此类推，意味着一个反向自旋实际上不可能停留在系统的格点上不动，而是形成了反向自旋在晶体中的传播，称为自旋波随着温度继续升高，有更多的自旋被反向，饱和磁化强度的下降可看成是更多的反向自旋波被激发显然，自旋反向是等概率地分布在系统包含的所有格点上，而每个格点自旋的翻转概率仅为单个反向自旋的1/N，因此，激发自旋波的能量远低于单个反向自旋的能量。

在低温下，热运动能量很小，单个自旋翻转的概率也小，但是照样可以激发自旋波自旋波理论指出，对于长波近似，自旋波的色散关系为ωk=Dk2，同时，低温下的各个自旋波可以看成是独立的，总能量等于所有自旋波的能量之和理论预言低温下铁磁体的自发磁化强度与温度T的关系服从T3/2律，即Ms=M0(1-CT3/2)，这里的C为常数，这一温度依赖性已为磁性过渡金属低温磁性的实验研究所证实　　根据量子力学，波的最小能量量子为对于自旋波而言，一个自旋翻转后，系统的能量由于反向自旋和最近邻自旋间的交换作用能的　　增大而增大因此，每多翻转一个自旋，最小的能量增量就等于另外，波矢为k的自旋波还具有准动量hk这就是说，自旋波的能量和动量都是不连续变化的，表现出一种量子的特性所以，自旋波的行为除了具有波动性外，还具有粒子性正因为这样，自旋波又叫做磁振子或磁激子　　#16144.　　当交流电流经导体时，随着频率的升高，在导体截面上的电流分布具有向导体表面集中的趋势，这种现象称为趋肤效应当一磁性材料受到交变磁场作用时，由于趋肤效应，材料内部的磁场或磁感应强度将比相应的表面值低通常，把材料内部磁感应强度下降到表面值的1/e处离开表面的距离叫做趋肤深度，用δ表示。

δ的大小和材料的磁导率与电阻率有关：　　式中，μ和ρ分别是材料的相对磁导率与电阻率，f是交流电的频率δ的单位是厘米　　#16145.　　保持交变磁场的频率不变，使交变磁场的峰值从小变到饱和磁场值，便可以相应地得到一族从小到大的磁滞回线，在B-H图的第一象限内通过连接各个磁滞回线的顶点所得到的曲线称为动态磁化曲线　　#16146.动态磁滞回线　　磁性材料在交变磁场作用下经受了周期性地反复磁化所形成的B-H或M-H的封闭回线称为动态磁滞回线动态磁滞回线所包围的面积反映了材料交变磁化一周磁损耗的大小当交变磁场峰值减小或交变磁场频率升高时，动态磁滞回线的形状将倾向于变成椭圆状　　#16147.　　磁性材料在高频弱交变磁场作用下，其磁化强度将随磁场强度的周期变化而落后于磁场强度一相位角δ发生周期变化于是，材料的磁化率应用一复数来表示，称为复数磁化率；即　　χ'χ"分别是复数磁化率的实部与虚部，两者分别标志磁性材料在交变磁场作用下所储存和所消耗的能量大小它们与复数磁导率的实部和虚部的关系如下　　μ'=1+χ'　　μ"=χ"　　#16148.　　磁性材料在正弦周期变化的交变磁场H的作用下，其磁化状态也将发生周期性的变化，但是，由于时间效应，磁感应强度B不可能随H同步变化。

如果磁场是正弦周期变化的高频弱场：H=Hmsinωt，则磁感应强度将落后于H一个相位角δ变化，即　　B=Bmsin(ωt-δ)　　=Bmcosδsinωt　　+Bmsinωtsin(ωt-π/2)　　该式右侧第一项和H同相位，第二项比H落后了π/2根据磁导率的定义μ=B/μ0H，材料的磁导率可用一复数表示，即　　式中，称为复数磁导率它的实部　　μ'=Bmcosδ/μ0Hm=μmcosδ　　表征着磁性材料所储藏的能量大小而它的虚部　　μ"=Bmsinδ/μ0Hm=μmsinδ　　则决定着磁性材料所消耗的能量这里，μm=Bm/μ0Hm，称为振幅磁导率　　表自由空间的常数　　表电子和质子的物理常数　　表材料的相对电容率　　表材料的电导率　　表　　材料的相对磁导率　　表材料的磁化率　　课后习题　　第一章　　1.德拜热容的成功之处是什么？　　答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述　　了晶体热容，∝T的三次方　　2.何为德拜温度？有什么物理意义？　　答：HD=hνMAX/k德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力　　的一个物理量　　德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越　　强　　3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质　　答：如图，U1、U2、U3(T3）为不同温度时的能量，当原　　子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，　　动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能　　打到最大。

由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，　　势能由U1(T1）、U2向U3变化，振幅增加，振动　　中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀　　第二章　　1.电阻率增加5%　　由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率　　解：按题意:p(300k)=10∧-6则:p(400k)=(10∧-6)*(1+)　　----(1)　　在400K温度下马西森法则成立，则:p(400k)=p(镍400k)+　　p(杂400k)----(2)又:p(镍400k)=p(镍300k)*[1+α*100]　　----(3)其中参数:α为镍的温度系数约=;p(镍　　300k)(室温)=7*10∧-6Ω.cm)将(1)和(3)代入(2)可算出杂质　　引起的电阻率p(杂400k)　　2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温　　度的升高而减小？　　对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的　　无序度增加，周期势场的涨落也加大这些因素都使电子运动的　　自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大　　而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发300K1×10-6Ω·m4000K时　　到上面的空带中去，在外电场作用下，这些电子将参与导电。

同　　时，满带中由于少了一些电子，在满带顶部附近出现了一些空的量子状态，满带变成了部分占满的能带，在外电场作用下，仍留　　在满带中的电子也能够起导电作用　　3.表征超导体性能的3个主要指标是什么　　?(P80)　　1)，临界转变温度TC，即成为超导态的最高温度　　2)临界磁场HC，即能破坏超导态的最小磁场，HC的大小与超　　导材料的性质有关　　3)，临界电流密度JC，即材料保持超导状态的最大输入电流　　第三章　　1.什么是自发磁化？只不过是　　把物质本身的磁性显示出来，而不是由外界向物质提供磁性的过　　程）　　2.形成铁磁性的基本条件是什么？(P143)　　答：1）原子内部要有未填满的电子壳层，原子磁矩不等于零　　2.）Rab/r>3交换积分A>0(充分条件）或者：1）在原子中存　　在有未被电子填满的状态是产生铁磁性的必要　　(转载于:写论文网:材料的磁化率)条件;2）产生铁磁性不仅仅取决于原子本身的原子磁矩是否高，　　而且还取决于形成晶体时原子间的相互键合作用这个作用是否　　对形成铁磁性有利，这是形成铁磁性的第二个条件　　一是外部环境因素，如温度和应力等二是金属及合金内部因素，　　如成分，组织和结构，热处理状态等。

　　4.磁畴的大小和结构由哪些条件决定？磁畴数目的多少和尺寸形状取决于退磁场能和磁畴壁能的平　　衡条件　　5.分析抗磁性，顺磁性，反铁磁性，亚铁磁性的磁化率与温度的　　关系？　　1）抗磁性是由外磁场作用下电子循轨运动产生的附加磁矩所　　造成的与温度无关或随温度变化很小　　2）根据顺磁磁化率与温度的关系可以把顺磁体分为三类一是正常顺磁体其原子磁化率与温度成反比二是磁化率与温度无关的顺磁体三是存在反铁磁体转变的顺磁体当温度高于一定的转　　变温度TN　　时它们和正常顺磁体一样服从居里—　　度低于TN时它们的原子磁化率随着温度下降而减小当T→0K　　时　　3）反铁磁性物质的原子磁化率在温度很高时很小随着温度逐　　渐降低磁化率逐渐增大温度降至某一温度TN磁化率升至最　。