解釋反磁性、順磁性和鐵磁性材料

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

磁性材料大致可分為三大類：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(shí)。然而，我們?nèi)匀豢梢允褂煤?jiǎn)化的解釋來(lái)獲得對(duì)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(duì)于放置在均勻磁場(chǎng)（B0）中的材料，材料（B）內(nèi)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(xiàn)。這個(gè)系數(shù)被稱為相對(duì)滲透率，通常用μr表示。

根據(jù)材料的類型，磁化率可以是正的，也可以是負(fù)的。當(dāng)它為正時(shí)，外部場(chǎng)在材料內(nèi)部得到增強(qiáng)。另一方面，負(fù)磁化率意味著材料的磁響應(yīng)與施加的場(chǎng)相反，這導(dǎo)致總場(chǎng)略小于外部場(chǎng)。

我們還了解到，材料的磁響應(yīng)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始，因?yàn)樗亲钊菀自跊](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(yùn)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(yùn)行的經(jīng)典模型。

圖1。電子繞原子核運(yùn)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($a=\frac{F}{m}$