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什么是磁畴?

Apr,28,2024 << Return list

根据物质在外磁场中表现出的特性,物质可分为五类:顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物质、亚铁磁性物质和反铁磁性物质。铁磁性物质

是一种在外部磁场的作用下被磁化后,即使外部磁场消失,依然能保持其磁化的状态具有磁性的物质,铁磁性物质的基本特征是物质内部存

在自发磁化和磁畴结构。


1、磁畴的形成

我们都知道铁磁性物质在没有充磁(磁化)前对外是不显示磁性的,这是由于在居里温度以下,大块铁磁晶体中会形成磁畴结构,每个磁畴

内部自发磁化是均匀一致的,但不同磁畴之间自发磁化方向不同,磁矩相互抵消,矢量和为零,因此宏观上铁磁体并不示磁性。

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磁畴是铁磁体材料在自发磁化的过程中,为降低静磁能而产生分化的方向各异的小型磁化区域,每个区域内部包含大量原子,这些原子的磁

矩都象一个个小磁铁那样整齐排列,但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。


磁畴的形成,可以简单地理解为降低布满外部空间的杂散场所携带的磁偶极能,即退磁能。下图c-ⅰ是一个单畴磁。其杂散场分布区域广大

为了削弱这一区域,磁体内部会自发地发生磁矩重新分布,形成磁畴。最直观的重新分布即如图c-ⅱ所示形成上下两个畴,杂散场得以大幅

弱。如果进一步形成上下四个畴,如图c-ⅲ所示,则杂散场会进一步削弱。不过,这一进程也会反过来增加静磁交换能,可以大致理解为

畴壁能。磁畴的最终形态与尺度是磁偶极能与交换能相互竞争的产物。如果铁磁样品的尺寸和外观形状发生变化,畴的形态会有丰富的表

现,如形成图c-ⅴ之类的畴结构。

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2、磁畴壁

磁畴与磁畴之间的边界称为磁畴壁,相邻磁畴原子磁矩相反(磁矩夹角为180°)的磁畴壁称为180°畴壁;相邻磁畴原子磁矩相互垂直的磁畴

壁为90°畴壁。磁畴壁有若干个原子的厚度,不同材料的磁畴壁厚度不同。

磁畴壁是一个过渡区,具有一定的厚度。磁畴的磁化方向在畴壁处不能突然转一个很大的角度,而是经过畴壁一定厚度逐步转过去的,即在

这个过渡区中原子磁矩是逐步改变方向的。畴壁内部的能量总比畴内的能量高。

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3、技术磁化过程

为区别铁磁体或亚铁磁体中磁畴内的自发磁化,我们把铁磁体或亚铁磁体在磁场中的磁化称为技术磁化。

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我们都知道,铁磁性或亚铁磁性物质的技术磁化曲线(M~H曲线)是非线性的,纵坐标是磁化强度M,横坐标是磁场强度H。

假设磁体有两个磁畴:

(1):当磁场为零时,上磁畴和下磁畴原子磁矩数目相等,方向相反,原子磁矩的矢量和为零,该物质的磁化强度为零。如图(a)

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(2):当沿横坐标正方向施加磁场H1时,上磁畴的磁矩M与外磁场的夹角θ<90°,静磁能较低,比较稳定;而下磁畴的磁矩M与外磁场的夹角θ>90°,静磁能较高,比较不稳定。因此在外磁场H1的作用下,上磁畴要扩大,下磁畴会缩小,也就是180°

畴壁如图(b)中所示,沿箭头方向位移,导致沿磁场方向的磁化增加,并且180°畴壁位移速度可能很快,M~H磁化曲线的ab段变的很陡。

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(3):当外磁场增加大HR时,即图中c点,畴壁位移已经结束,180°畴壁已经被赶出磁体外,整个磁体就是一个单畴体了,原子磁矩还

留在上磁畴原磁矩方向上,如图(c),由a点到c点即技术磁化过程,是畴壁位移的过程。

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(4):当外磁场从HR点逐渐增加到HS点,即c点到d点,原子磁矩都逐渐转动的与外磁场一致的方向,如图(d)。当外磁场增加到HS点,原子磁矩基本都已经转动到与外磁场方向平行的方向,此时磁体已经达到技术磁化饱和状态了,此时的磁化强度称为饱和磁化强度。

技术磁化过程基本上是由畴壁位移和磁矩转动两种方式来实现的。

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(5):如果把外磁场减小到零,原子磁矩将逐渐移动到长轴方向,如图(e),这个过程是磁矩转动的过程。可见,去除外磁场后磁化强

度没有降低到零,在磁场正方向上,磁化强度还保留有Mr值,称为剩余磁化强度。

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