13-1第二章岩矿石的磁性.ppt
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1、第二章第二章岩岩(矿矿)石的磁性石的磁性地球科学与工程学院地球科学与工程学院E-mail:chunguan-E-mail:chunguan-1一、物质的磁性一、物质的磁性二、岩二、岩(矿矿)石的磁性特征石的磁性特征三、岩石的剩余磁性三、岩石的剩余磁性内容提要内容提要2一、物质的磁性一、物质的磁性 任何物质的磁性都是带电粒子运动的结任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。各类物质,由于原子结构不同,它们在果。各类物质,由于原子结构不同,它们在外磁场作用下,呈现不同的宏观磁性。外磁场作用下,呈现不同的宏观磁性。31 1 1 1)抗磁性)抗磁性)抗磁性)抗磁性(逆磁性逆磁性逆磁性逆磁性)在外磁场在外磁
2、场在外磁场在外磁场H H H H作用下,这类物质的磁化率为负值,作用下,这类物质的磁化率为负值,作用下,这类物质的磁化率为负值,作用下,这类物质的磁化率为负值,且数值很小,如图所示。抗磁性物质没有固有原子且数值很小,如图所示。抗磁性物质没有固有原子且数值很小,如图所示。抗磁性物质没有固有原子且数值很小,如图所示。抗磁性物质没有固有原子磁矩,受外磁场作用后,电子受到洛仑兹力的作用,磁矩,受外磁场作用后,电子受到洛仑兹力的作用,磁矩,受外磁场作用后,电子受到洛仑兹力的作用,磁矩,受外磁场作用后,电子受到洛仑兹力的作用,其运动轨道绕外磁场作旋进(拉莫尔旋进),此旋其运动轨道绕外磁场作旋进(拉莫尔旋进
3、),此旋其运动轨道绕外磁场作旋进(拉莫尔旋进),此旋其运动轨道绕外磁场作旋进(拉莫尔旋进),此旋进产生附加磁矩,其方向与外磁场相反,形成抗磁进产生附加磁矩,其方向与外磁场相反,形成抗磁进产生附加磁矩,其方向与外磁场相反,形成抗磁进产生附加磁矩,其方向与外磁场相反,形成抗磁性。抗磁性磁化率很小,约为性。抗磁性磁化率很小,约为性。抗磁性磁化率很小,约为性。抗磁性磁化率很小,约为10101010-5-5-5-5数量级。数量级。数量级。数量级。42 2 2 2)顺磁性)顺磁性)顺磁性)顺磁性 顺磁性物质受外磁场作用,其磁化率为不大的顺磁性物质受外磁场作用,其磁化率为不大的顺磁性物质受外磁场作用,其磁化
4、率为不大的顺磁性物质受外磁场作用,其磁化率为不大的正值,这类物质中原子具有固有磁矩,当无外磁场正值,这类物质中原子具有固有磁矩,当无外磁场正值,这类物质中原子具有固有磁矩,当无外磁场正值,这类物质中原子具有固有磁矩,当无外磁场作用时,热骚动使原子磁矩取向混乱。有外磁场作作用时,热骚动使原子磁矩取向混乱。有外磁场作作用时,热骚动使原子磁矩取向混乱。有外磁场作作用时,热骚动使原子磁矩取向混乱。有外磁场作用,原子磁矩(电子自旋磁矩所作的贡献)顺着外用,原子磁矩(电子自旋磁矩所作的贡献)顺着外用,原子磁矩(电子自旋磁矩所作的贡献)顺着外用,原子磁矩(电子自旋磁矩所作的贡献)顺着外磁场方向排列,显示顺磁
5、性。顺磁性物质其磁化率磁场方向排列,显示顺磁性。顺磁性物质其磁化率磁场方向排列,显示顺磁性。顺磁性物质其磁化率磁场方向排列,显示顺磁性。顺磁性物质其磁化率与绝对温度成反比,称为居里定律。与绝对温度成反比,称为居里定律。与绝对温度成反比,称为居里定律。与绝对温度成反比,称为居里定律。563 3 3 3)铁磁性)铁磁性)铁磁性)铁磁性 在弱外磁场的作用下,铁磁性物质即可达到磁在弱外磁场的作用下,铁磁性物质即可达到磁在弱外磁场的作用下,铁磁性物质即可达到磁在弱外磁场的作用下,铁磁性物质即可达到磁化饱和,其磁化率要比抗磁性、顺磁性物质的磁化化饱和,其磁化率要比抗磁性、顺磁性物质的磁化化饱和,其磁化率要
6、比抗磁性、顺磁性物质的磁化化饱和,其磁化率要比抗磁性、顺磁性物质的磁化率大很多。率大很多。率大很多。率大很多。它具有下述磁性特征它具有下述磁性特征它具有下述磁性特征它具有下述磁性特征:(1)(1)(1)(1)磁化强度与磁化场呈非线性关系。磁化强度与磁化场呈非线性关系。磁化强度与磁化场呈非线性关系。磁化强度与磁化场呈非线性关系。(2)(2)(2)(2)磁化率与温度的关系,服从居里磁化率与温度的关系,服从居里磁化率与温度的关系,服从居里磁化率与温度的关系,服从居里魏斯定律。魏斯定律。魏斯定律。魏斯定律。(3)(3)(3)(3)实验室结果说明,铁磁性物质的基本磁矩为电实验室结果说明,铁磁性物质的基本
7、磁矩为电实验室结果说明,铁磁性物质的基本磁矩为电实验室结果说明,铁磁性物质的基本磁矩为电子自旋磁矩,而轨道磁矩基本无贡献。子自旋磁矩,而轨道磁矩基本无贡献。子自旋磁矩,而轨道磁矩基本无贡献。子自旋磁矩,而轨道磁矩基本无贡献。7铁磁性物质的磁滞回线 8 由于磁畴内原子间相互作用的不同,原子磁矩由于磁畴内原子间相互作用的不同,原子磁矩由于磁畴内原子间相互作用的不同,原子磁矩由于磁畴内原子间相互作用的不同,原子磁矩排列情况有别,铁磁性又分为三种类型。排列情况有别,铁磁性又分为三种类型。排列情况有别,铁磁性又分为三种类型。排列情况有别,铁磁性又分为三种类型。铁磁性铁磁性铁磁性铁磁性:磁畴内原子磁矩排列
8、在同一方向,例:磁畴内原子磁矩排列在同一方向,例:磁畴内原子磁矩排列在同一方向,例:磁畴内原子磁矩排列在同一方向,例如铁、镍、钴即属于此。如铁、镍、钴即属于此。如铁、镍、钴即属于此。如铁、镍、钴即属于此。反铁磁性反铁磁性反铁磁性反铁磁性:磁畴内原子磁矩排列相反,故磁化:磁畴内原子磁矩排列相反,故磁化:磁畴内原子磁矩排列相反,故磁化:磁畴内原子磁矩排列相反,故磁化率很小,但具有很大的矫顽力。率很小,但具有很大的矫顽力。率很小,但具有很大的矫顽力。率很小,但具有很大的矫顽力。亚铁磁性亚铁磁性亚铁磁性亚铁磁性:或称铁淦氧磁性,磁畴内原子磁矩:或称铁淦氧磁性,磁畴内原子磁矩:或称铁淦氧磁性,磁畴内原子
9、磁矩:或称铁淦氧磁性,磁畴内原子磁矩反平行排列,磁矩互不相等,故仍具有自发磁矩。反平行排列,磁矩互不相等,故仍具有自发磁矩。反平行排列,磁矩互不相等,故仍具有自发磁矩。反平行排列,磁矩互不相等,故仍具有自发磁矩。此类物质具有较大的磁化率和剩余磁化强度。此类物质具有较大的磁化率和剩余磁化强度。此类物质具有较大的磁化率和剩余磁化强度。此类物质具有较大的磁化率和剩余磁化强度。9各种铁磁性原子磁矩的排列示意图(a)铁磁性 (b)反铁磁性 (c)亚铁磁性 10二、岩二、岩(矿矿)石的磁性特征石的磁性特征(一)表征磁性的磁化率(一)表征磁性的磁化率 1 1、磁化强度和磁化率、磁化强度和磁化率 均匀无限磁介
10、质,受到外部磁场均匀无限磁介质,受到外部磁场H H的作用,的作用,衡量物质被磁化的强度,以磁化强度衡量物质被磁化的强度,以磁化强度M M表示,表示,它与磁化场强度之间的关系为它与磁化场强度之间的关系为:式中,式中,是物质的磁化率,它表征物质受是物质的磁化率,它表征物质受磁化的难易程度,是一个无量纲的物理量。磁化的难易程度,是一个无量纲的物理量。11 在国际单位制中,磁化强度和磁场强度量纲相在国际单位制中,磁化强度和磁场强度量纲相在国际单位制中,磁化强度和磁场强度量纲相在国际单位制中,磁化强度和磁场强度量纲相同,都为安同,都为安同,都为安同,都为安(培培培培)/)/)/)/米米米米(A/m)(A
11、/m)(A/m)(A/m),在,在,在,在CGSMCGSMCGSMCGSM制中,磁化强度制中,磁化强度制中,磁化强度制中,磁化强度用高斯用高斯用高斯用高斯(Gs)(Gs)(Gs)(Gs),磁场强度用奥斯特,磁场强度用奥斯特,磁场强度用奥斯特,磁场强度用奥斯特()()()(),两种单位的,两种单位的,两种单位的,两种单位的关系是关系是关系是关系是1A/m=101A/m=101A/m=101A/m=10-3-3-3-3 CGSM(mCGSM(mCGSM(mCGSM(m)。12 2 2、磁感应强度和磁导率、磁感应强度和磁导率 在各向同性磁介质内部任意点上,磁化场在各向同性磁介质内部任意点上,磁化场H
12、 H在该点产生的磁感应强度在该点产生的磁感应强度(磁通密度磁通密度)为为:式中以式中以B B特斯拉特斯拉(T)(T)为单位,是介质的磁导率,为单位,是介质的磁导率,单位为单位为H/m(H/m(亨亨(利利)/)/米米)。若介质为真空,则有若介质为真空,则有 式中式中 是真空的磁导率是真空的磁导率()()。13 3 3、感应磁化强度和剩余磁化强度、感应磁化强度和剩余磁化强度 位于岩石圈中的地质体,处在约为位于岩石圈中的地质体,处在约为0.5X100.5X10-4-4T T的地球磁场作用下,它们受现代地的地球磁场作用下,它们受现代地磁场的磁化,而具有的磁化强度,叫感应磁磁场的磁化,而具有的磁化强度,
13、叫感应磁化强度,它表示为化强度,它表示为式中式中T T是地磁场总强度,是地磁场总强度,是岩石、矿石的磁是岩石、矿石的磁化率,它取决于岩石、矿石的性质。化率,它取决于岩石、矿石的性质。岩石的总磁化强度岩石的总磁化强度M M,是由两部分组成,是由两部分组成,即即:14(二)矿物的磁性(二)矿物的磁性 矿物组合成岩石,岩石的磁性强矿物组合成岩石,岩石的磁性强弱与矿物的磁性强弱有直接的关系。弱与矿物的磁性强弱有直接的关系。15 1 1、抗磁性矿物与顺磁性矿物、抗磁性矿物与顺磁性矿物 (1)(1)抗磁性矿物抗磁性矿物,其磁化率都很小,在磁,其磁化率都很小,在磁法勘探中通常视为无磁性。法勘探中通常视为无磁
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- 13 第二 矿石 磁性
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