解釋反磁性、順磁性和鐵磁性材料

本文研究了三種不同類(lèi)型的磁性材料以及它們對外部磁場(chǎng)的反應。

磁性材料大致可分為三大類(lèi)：反磁性、順磁性和鐵磁性。要徹底了解這些材料如何與外部場(chǎng)相互作用，需要掌握量子理論知識。然而，我們仍然可以使用簡(jiǎn)化的解釋來(lái)獲得對這些材料性質(zhì)的基本理解。

關(guān)鍵概念

在本系列的前一篇文章中，我們討論了物質(zhì)中磁性的一些基本概念。我們了解到，對于放置在均勻磁場(chǎng)（B0）中的材料，材料（B）內部的總磁場(chǎng)由下式給出：

等式1。

其中希臘字母χ是一個(gè)稱(chēng)為磁化率的比例因子。在這個(gè)方程中，χ作為因子（1+χ）的一部分出現。這個(gè)系數被稱(chēng)為相對滲透率，通常用μr表示。

根據材料的類(lèi)型，磁化率可以是正的，也可以是負的。當它為正時(shí)，外部場(chǎng)在材料內部得到增強。另一方面，負磁化率意味著(zhù)材料的磁響應與施加的場(chǎng)相反，這導致總場(chǎng)略小于外部場(chǎng)。

我們還了解到，材料的磁響應是由其原子磁矩和外部磁場(chǎng)之間的相互作用產(chǎn)生的。但這些互動(dòng)實(shí)際上是如何發(fā)生的呢？讓我們從研究抗磁性開(kāi)始，因為它是最容易在沒(méi)有量子力學(xué)的情況下解釋的。

抗磁性

反磁性材料產(chǎn)生與外部磁場(chǎng)相反的磁矩。圖1顯示了原子的經(jīng)典模型，可以幫助我們理解這種行為。在這個(gè)模型中，電子繞原子核運行。電子在半徑為r的圓形軌道上以恒定速度v0移動(dòng)；電子的角速度用?0表示。

電子繞原子核運行的經(jīng)典模型。

圖1。電子繞原子核運行的經(jīng)典模型。圖片由Steve Arar提供

我們從高中物理中知道，加速度等于力除以質(zhì)量($a=\frac{F}{m}$