抗磁性与顺磁性.pptx
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1、本章内容基本磁学性能抗磁性与顺磁性铁磁体与反铁磁性磁性的材料与分析第1页/共46页第2页/共46页第3页/共46页第4页/共46页 奥地利物理学家,本世纪初一位罕见的天才,对相对论及量子力学都有杰出贡献,因发现“泡利不相容原理”而获1945年诺贝尔物理学奖。这个原理是他在1924年发现的,对原子结构的建立与对微观世界的认识有革命性的影响。泡利有成就的研究还涉及以下几个方面:相对论量子电动力学、基本粒子的自族与统计分布律的关系、气体和金属的顺磁性(导致了金属中的电子量子论)、把单粒子的波动理论推广到多粒子、介子的解释及核力等等。在理论物理学的每个领域里,泡利几乎都做出过重要贡献。泡利(Pauli
2、)1900-1958第5页/共46页 朗道(19081968)苏联著名的物理学家。最著名的贡献有“朗道十诫”:量子力学中的密度矩阵和统计物理学(1927);自由电子抗磁性的理论(1930);二级相变的研究(19361937);铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释(1935);超导体的混合态理论(1934);原子核的几率理论(1937);氦超流性的量子理论(19401941);基本粒子的电荷约束理论(1954);费米液体的量子理论(1956);弱相互作用的CP不变性(1957)。因凝聚态特别是液氦的先驱性理论,被授予1962年诺贝尔物理学奖。第6页/共46页第二节 抗磁性与顺磁性物质磁性的分类物
3、质的抗磁性物质的顺磁性金属的抗磁性与顺磁性影响因素测量与应用第7页/共46页1.物质磁性的分类一切物质都具有磁性,任何空间都存在磁场,只是强弱不同而已。磁化率:材料的磁化强度M与外磁场强度H的比值。它的大小反映了物质磁化的难易程度,也是对物质磁性分类的主要依据。第8页/共46页磁体的分类u 抗磁体u 顺磁体u 反铁磁体u 铁磁体u 亚铁磁体磁化率为甚小的负常数,约为10-6数量级磁化率为正常数,约为10-3 10-6数量级磁化率为甚小的正常数,当T 高于某个温度时,其行为像顺磁体。磁化率为很大的正变数,约为10 106数量级过渡族金属贵金属,稀土金属,碱金属如-Mn、铬、氧化镍、氧化锰等铁、钴
4、、镍类似铁磁体,但磁化率没有铁磁体那样大四氧化三铁等弱磁体强磁体第9页/共46页MH铁磁性材料亚铁磁性材料顺磁性材料反铁磁性材料抗磁性材料五类磁体的磁化曲线0第10页/共46页第二节 抗磁性与顺磁性物质磁性的分类物质的抗磁性物质的顺磁性金属的抗磁性与顺磁性影响因素测量与应用第11页/共46页2.物质的抗磁性外加磁场所感生的轨道矩改变抗磁性TORH抗磁性是普遍存在的,它是所有物质在外磁场作用下毫不例外地具有的一种属性,大多数物质的抗磁性因为被较强的顺磁性所掩盖而不能表现出来。第12页/共46页产生机理产生机理 外磁场穿过电子轨道时,引起的电磁感应使轨道电子加速。根据Lenz 定律,由轨道电子的这
5、种加速运动所引起的磁通,总是与外磁场变化相反,因而磁化率是负的。第13页/共46页郎之万顺磁性理论郎之万顺磁性理论每个原子内有 z 个电子,每个电子有自己的运动轨道,在外磁场作用下,电子轨道绕 H 进动,进动频率为,称为Lamor进动频率。由于轨道面绕磁场进动,使电子运动速度有一个变化v,电子轨道磁矩增加,但方向与磁场相反,使总的电子轨道磁矩减小。总之,由于磁场作用引起电子轨道磁矩减小,表现出抗磁性。第14页/共46页第15页/共46页无论电子顺时针运动还是逆时针运动,所产生的附加磁矩m都与外加磁场的方向相反,故称为抗磁矩。一个电子在外加磁场H 的作用下,产生的的抗磁矩为式中,负号表示ml与H
6、 的方向相反;分母me为电子质量一个原子常有z 个电子,每个电子都要产生抗磁矩,由于电子的轨道半径不同,故一个原子的抗磁矩为任何材料在磁场作用下都要产生抗磁性,与温度、外磁场无关。从广义上来说,超导也是一种抗磁性。第16页/共46页第17页/共46页第18页/共46页第二节 抗磁性与顺磁性物质磁性的分类物质的抗磁性物质的顺磁性金属的抗磁性与顺磁性影响因素测量与应用第19页/共46页 物质的顺磁性主要源于原子内部存在永久磁矩。3.物质的顺磁性 顺磁性描述的是一种弱磁性,它呈现出正的磁化率,大小 为10-6 10-3.C为居里常数,TP为顺磁性居里温度。TOTO 顺磁性的磁化率满足以下规律:少部分
7、大部分表示在某一个温度之上才显示顺磁性第20页/共46页郎之万顺磁性理论理论的基本概念:顺磁性物质的原子间无相互作用(类似于稀薄气体状态),在无外场时各原子磁矩在平衡状态下呈现出混乱分布,总磁矩为零,当施加外磁场时,各原子磁矩趋向于H方向。顺磁磁化过程示意图(a)无磁场(b)弱磁场(c)强磁场第21页/共46页顺磁体的分类n正常顺磁体n磁化率与温度无关的顺磁体n存在反铁磁体转变的顺磁体磁化率服从居里定律或居里 外斯定律。对于存在铁磁转变的物质,在居里点以上服从居里 外斯定律。稀土金属,在居里点以上的铁磁金属等。碱金属等。过渡族金属及其合金或它们的化合物。反铁磁体当温度高于尼尔点(TN)时,表现
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