文档介绍：四、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的机制
1、铁磁性的机制
铁磁质:以铁为代表的在外磁场中能产生很强磁性的物质
铁磁性起源于电子的自旋磁矩,是否具有铁磁性不仅决定于原子是否具有净自旋磁矩、还与原子在晶格中的排列方式有关
原子
3d电子
4s电子
净自旋磁矩
Fe
Co
Ni
2
2
2
4
3
2
3d未成对电子数
过渡族元素
有铁磁性
原子具有未成对 d 电子或 f 电子只是具有铁磁性的必要条件
有未成对 d 电子
(5个),但无铁磁性
原子接近、电子云相互叠加
量子理论铁磁性形成的条件:
计算结果表明:相邻原子的电子交换积分为正时,相邻原子
的电子自旋磁矩同向平行排列、形成磁性很强的自发磁化区——磁畴
结果还表明:原子间距与参与交换作用的电子轨道直径之
比大于3时,交换积分才可能为正
满足自发磁化条件
不满足自发磁化条件
铁磁
非铁磁
稀土金属铁磁性起源于未成对的4f电子的自旋磁矩
2、反铁磁性的机制
反铁磁性物质相邻原子的电子交换积分为负,相邻原子磁矩大小相等、方向相反
原子磁矩相互抵消、自发磁化为零
如:
许多金属氧化物:
3、亚铁磁性的机制
绝大部分是金属氧化物—铁氧体,电性属半导体,常作为高频磁介质使用
由自旋磁矩大小不同的两种原子或离子组成,相同原子的磁矩同向平行排列,不同原子的磁矩方向相反
两种原子的磁矩:方向相反、大小不等,不能完全抵消、对外呈现宏观磁性
亚铁磁性物质:
由具有净自旋磁矩的原子组成
铁磁、反铁磁、亚铁磁,磁矩的有序排列
铁磁性
反铁磁性
亚铁磁性
五、温度对磁性的影响
所有原子的磁矩完全沿相同方向排列,磁化强度最大、为单个原子磁矩与原子数密度的乘积
磁介质的饱和磁化强度:
实际值小于这一严格意义的饱和值
严格意义上
-200
200
600
800
温度,
纯Fe
Fe3O4
饱和磁化强度
温度升高:
自发磁性、磁畴消失。这一特征温度称为居里温度
原子热运动加剧、原子磁矩取向混乱,磁畴磁矩、饱和磁化强度降低
温度升高到某一值:
铁磁变成顺磁
的居里温度:
五、磁化和退磁化
1、磁畴和磁畴壁
未经磁化的铁磁体各磁畴的取向无序、磁矩矢量和为零,对外不显磁性
磁畴壁:
相邻磁畴间的界限、一个有一定厚度的过渡层
磁畴壁
磁畴壁
两种磁畴壁
过渡层(磁壁)中原子磁矩的方向:
逐渐从一个磁畴方向向另一个磁畴方向改变
2、磁化曲线
或
非线性
未曾磁化过的铁磁质:
缓慢增加,
迅速增加,
缓慢增加,
饱和
饱和磁感应(磁化)强度
变化
铁磁体的磁化曲线:
3、磁化过程的本质
磁化过程:磁畴结构的变化过程
磁矩方向与磁场方向接近的磁畴长大;磁矩方向与磁场方向相背的磁畴变小
磁畴转向外场的方向、饱和状态
4、退磁化曲线及磁滞回线
退磁化过程,
退磁化曲线
不按原路返回
剩磁
矫顽力
磁滞现象: B 始终滞后于 H
磁滞回线:
磁滞现象的本质:磁畴在变化过程中受到阻力
一个周期内的磁滞损失:
(磁滞回线所围的面积)
磁滞损失与交变磁场的振幅及频率有关
七、磁性材料
1、软磁材料
按矫顽力磁性材料分为两类:
硬磁
软磁
特点:低矫顽力、高磁导率、低磁滞损耗
磁滞回线:细窄、陡峭
软磁材料主要应用于:
导磁体——变压器、继电器的铁心;马达的定子、转子;开关元件
材料中的析出相、杂质会导致矫顽力增加、磁导率下降、磁滞损失增加
优良软磁材料应是质匀、纯度高
易磁化、易退磁