文档介绍：磁畴与技术磁化
E、磁性物理的基础
二、磁畴的形成
三、磁畴的覌察
四、技术磁化
五、动态磁化过程
一、退磁场
一、退磁场
铁磁体在外磁场H中的能量(单位体积)
( I 为铁磁体的磁化强度)
当铁磁体由于磁化,在表面具有面磁极( 荷)或体磁极( 荷)时,在铁磁体内将产生与磁化强度方向相反的退磁场Hd。如果磁化均匀,则退磁场也是均匀磁场,且与磁化强度成比例而方向相反,因此
N 称为退磁因子。对于形状规则的样品,N由样品的几何形状和大小来决定。对于一个椭球样品,在直角坐标系中,磁化强度在三个轴方向上的分量为Ix ,Iy ,Iz , 则退磁因子N为
Hdx=-NxIx ,Hdy=-NyIy ,Hdz=-NzIz
Nx+Ny+Nz=1 ( 4[ CGS ] )
对于球形样品:a=b=c , Nx=Ny=Nz=N0=1/3 (4/3)
对于长园柱样品:a≫b=c, Nx=0,Ny=Nz=1/2 ( 2)
对于极薄园盘样品:a≪b,c, Ny=Nz=0,Nx=1 ( 4)
退磁因子的计算
( 1 )沿长轴方向磁化的旋转椭球:
K是上长度与直径之比
( 2 ) k≫1的情况,相当于一个细棒
( 3 )近于园盘形状的扁园形椭球
K是直径对厚度的比
磁化曲线的退磁场校正
当测量的磁化强度随外磁场的变化,如图虚线所示,实线为真实的磁化曲线。因为作用在样品中的磁场是有效场,而不是外加磁场。有效场为:
例如,磁化一个矫顽力Hc=2Am-1(=)的坡莫合金小球到饱和,坡莫合金的饱和磁化强度Is=,退磁场的饱和值( 最大值)
因而要使坡莫小球饱和,必须加的外磁场Hex>Hd。相当于矫顽力Hc的105倍。
空腔内的磁场:空腔表面自由磁极产生的磁场为
N为与空腔形状相同的退磁因子,对球空腔
对空腔内的磁场方向与磁化强度方向相同。称为罗伦兹场(Lorentz)。
退磁能
举平行反向的磁化区域(下端至无限)为例耒计算退磁场能。由图可见,在上端XY表面上的磁极分布表示为
当2md<x<(2m+1)d时,表面磁极密度=+ Is ; ( m 为整数)
当(2m+1)d<x<(2m+2)d,表面磁极密度为= - Is 。
设静磁势为(x,y)。在z0的区域,(x,y)适合拉普拉斯方程:
依据边界条件可得到:
解拉普拉斯方程,求得为:
在XY平面的每单位面积下的静磁能为:
( n为奇数)
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
d
x
y
z
,
,
在铁磁体中,交换作用使晶体自发磁化,磁化强度的方向沿着晶体内的易磁化轴,这样就使铁磁晶体内交换作用能和磁晶各向异性能都达到极小值。但因晶体有一定的大小与形状,整个晶体均匀磁化的结果,必然产生磁极,磁极的退磁场增加了退磁能(1/2)NIS2。
二、磁畴的形成
例如对一个单轴各向异性的钴单晶。( a )图是整个晶体均匀磁化,退磁场能最大( 如果设Is103高斯,则退磁能106尔格/厘米3 )。从能量的覌点出发,分为两个或四个平行反向的自发磁化的区域( b ),( C )可以大大减少退磁能。
如果分为n个区域(即n个磁畴),能量约可减少1/n,但是两个相邻的磁畴间的畴壁的存在,又增加了一部分畴壁能。因此自发磁化区域(磁畴)的形成不可能是无限的,而是畴壁能与退磁场能的和为极小值为条件。
形成如图d,e的封闭畴将进一步降低退磁能,但是封闭畴中的磁化强度方向垂直单轴各向异性方向,因此将增加各向异性能。
单轴晶体内磁畴的形成








( e )
( d )
N S N S
S N S N
N N S S
S S N N
N N N N
S S S S
( a )
( c )
( b )
磁畴宽度-- D
对单轴晶体的磁畴结构的估算:设畴宽为D,晶体长度为L,为每单位面积的畴壁能。对于上、下每单位表面而言,晶体内部的畴壁面积共为L/D《1/D为单位宽度上有多少畴壁》,故其畴壁能为L/D,。磁畴的分布决定于能量极小值条件,即
故
(磁畴宽度)
对铁而言,2尔格/厘米2,Is1700高斯,当L=1厘米时,D10-3厘米。
D
畴壁能与退磁能的平衡
有450封闭畴时,如图c,虽然表面没有磁极,没有退能,但增加各向异性能。上下两端每单位表面积内闭合磁畴的体积为D/2,故各向异性能为K1·D/2。
设L=1厘米,将铁的各值代入,D=10-3厘米。
对立方晶系,450封闭畴内磁化强度与易轴平行,各向异性能为零。此时是自发磁化引起的形变产