1. 磁化现象与物质磁化率

    磁化强度为单位体积物质的磁矩，可用下式表示：

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image019_jg.gif

    式中m为磁化物质的磁矩（A·m2），是物质中所有原子磁矩的矢量和；V为物质体积（m3），M为

磁化强度（A/m）。

     磁化强度与外磁场强度成比例增加，故又可表示为

     M=KH

    式中H为外磁场强度（A/m），K为物质体积磁化率，无量纲，可用以表示物质磁性。

    合并公式2-22和2-23可得

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image020_jg.gif

    物质体积磁化率为物质磁化时单位体积和单位磁场强度具有的磁矩。

    物质的磁性又可用比磁化率表示，即

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image021_jg.gif

    式中ρ为物质密度（kg/m3）；ρ与V之积为物质质量（kg）；

     X为物质比磁化率（m3/kg），是物质磁化时，单位质量和单位磁场强度的磁矩，又称为质量磁

化率。

    与比磁化率相对应的一个物理量是比磁化强度

即
    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image022_jg.gif

    式中j为比磁化强度（A·m2/kg）。

    磁感应强度与磁场强度的关系可用下式表示

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image023_jg.gif

    式中B为磁感应强度（T）；μ为物质磁导率（T·m/A）；μ0为真空磁导率，等于

http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image025_jg.gif不同，例

如水的http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image028_jg.gif 。

    磁感应强度又可表示为

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image029_jg.gif

    2. 物质磁性的类型

    固体物质的磁性可分为五类：逆磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。

    物质按磁性类别可分为逆磁体，顺磁体、铁磁体、反铁磁体和亚铁磁体。

    (1) 逆磁性

    这类物质的原子中的电子轨道磁矩和自旋磁矩互相抵消，即原子磁矩为零。当将这类物质放进磁

场时，每个电子都产生一个附加磁矩，附加磁矩的方向与外磁场方向相反，因而显示逆磁性。

    逆磁质的磁化率为负值，也是一个与温度无关的很小的常数值。由于逆磁性来源于原子中电子的

感应附加磁矩，故任何物质都有逆磁现象。但非逆磁质的原子磁矩不为零，其附加磁矩只有轨道磁矩

的百万分之几，因此，不显逆磁性。

    (2) 顺磁性

    顺磁性物质具有原子磁矩或分子磁矩，即具有本征磁矩。无外磁场作用时，单个原子磁矩的取向

与其余原子磁矩的取向无关，各个原子磁矩的取向无序，并处于剧烈的热振动状态，物质总磁矩为零

，因而对外不显磁性。在外磁场作用下，原子磁矩有向外磁场取向的趋势，外磁场越强，向外磁场方

向取向的概率越大，物质总磁矩增大。但由于磁场远不能克服热振动分子磁矩取向的破坏作用，所以

这种物质磁化时，对外显顺磁性。 顺磁质的体积磁化率为

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image030_jg.gif

    式中N为单位体积的原子数；http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image031_jg.gif为原子（或分子、离子）磁矩；KB为波耳兹曼常数，等于

http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image032_jg.gif；T为绝对温度；C为居里常数。

    上式表明，当温度不变时，物质体积磁化率为常数，与磁场无关，当温度变化时，磁化率随温度

的提高而降低。

    (3) 反铁磁性

    铂、钯、锰、铬等反铁磁质的磁化率随温度变化，低于临界温度时，与顺磁质和铁磁质都不同，

随温度的提高而增加；只是在临界温度以后，才与顺磁质相同，磁化率随温度的提高而减少；在临界

温度，磁化率有最大值。临界温度称为尼尔（http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image033_jg.gif）点，用T_N表示。换言之，当温度低于尼尔点时，

呈反铁磁性，温度高于尼尔点时，呈顺磁性。反铁磁质有小的正磁化率，其比磁化率为10-10~10-9m3/

kg数量级。

    （4）铁磁性

    铁、钴、镍和某些稀土元素等的磁性通称为铁磁性。这类物质称为铁磁性物质。

    ① 铁磁效应

    磁化效应曲线：起初，磁场强度H由O→HS时，磁感应强度B由O→S，S为磁饱和点，BS为饱和磁感

应强度，OS为起始（或基本）磁化曲线，然后，H由HS→O时，则B由S→Br，Br称为剩余感应强度，这

种退磁不可逆现象称为磁滞，意即B滞后于H的变化。当磁场强度H按反向由O→-Hc时，则B由Br→O，即

剩磁被退掉，Hc称为矫顽力，Hc的大小表明退磁的难易程度；继之，H由-Hc→-Hs时，则B 由O→http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image034_jg.gif，

在反向达到磁饱和，最后http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image036.gif时，则B由 ，即回到最初的磁饱

和状态，形成封闭的磁滞回线。

    铁磁质的磁性概括起来为：磁化时，磁感应强度（或磁化强度）随磁场强度的提高急剧增加，容

易磁化到饱和状态；退磁时，有磁滞效应，撤消外磁场后有剩磁；外磁场按正弦波形变化时，磁感应

强度按磁滞回线变化。

     ②磁畴结构

    铁磁质是由许多自发磁化的小区域组成的，这些自发磁化的小区域叫做磁畴。每个磁畴内，在无

外磁场作用的情况下，原子磁矩排列在同一方向上，即自发磁化到饱和状态。磁畴之间的边界层叫做

磁畴壁。相邻磁畴的方向不同。因此，无外磁场作用时，各个磁畴的磁矩互相抵消，对外不显磁性。

    （5） 磁化过程

    在磁化磁场的作用下，铁磁质的磁化包括两个过程：畴壁的移动和磁畴的转动。畴壁移动时，与

外磁场方向相近的磁畴的体积扩大，其他方向磁畴的体积缩小，以致消失。

    在低磁场中，磁化以壁移为主。在较高磁场中，磁化以畴转为主。当所有磁畴都转到外磁场方

向时，磁化即达到饱和状态。磁化曲线的BC段是以畴转为主的磁化过程。铁磁质加热到一定温度后可

变为顺磁质，这一转变温度称为居里点。常用Tc表示，铁的Tc=630K。铁磁质在居里点以上的磁化率可

用下式表示。

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image037.gif

式中C为居里常数，Tc为临界温度，当T>Tc时，热振动破坏了磁畴结构。

    （6） 亚铁磁质

    亚铁磁质也有两种次晶格，但其领近原子（或离子）磁矩的排列方向相反，大小不等，具有未被

抵消的磁矩和相当大的自发磁化强度，因而具有很强的磁性，且与铁磁质的磁性十分相似。这种磁性

被称为亚铁磁性。

3．物体的磁性

    将有限尺寸的磁性物体置于外磁场中磁化时，两端自由磁极在磁化体内部产生的磁场叫做退磁

场。当磁化均匀时，退磁场强度与磁化强度M成正比：

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image037_jg.gif

    式中H_N为退磁场强度（A/m）；N为退磁因子(无因次)。

     退磁场强度HN的方向与外磁场强度H及磁化强度M的方向相反，它削弱外磁场对物体的磁化作用。

     对于一般的椭球体，沿它的三个主轴a、b、c的退磁因子Na、Nb和Nc的计算很复杂，但有下述简

单关系：

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image038_jg.gif

    球体、细长圆柱体的无限大薄片是椭球体的特殊情况，其退磁因子分别为：

    球体：a=b=c，三个轴向的退磁因子相等，即

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image039_jg.gif

    细长圆柱体：http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image040_jg.gif，a轴方向的退磁场非常弱，Na≈0，其它两个轴向的退磁因子相等，

所以

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image041_jg.gif

    无限大薄片：b=c=∞，b、c轴向的退磁因子都为零，所以

    Na=1，Na=Nc=0

    长旋转椭球体（a>b=c）在a轴方向的磁化，可用下式计算退磁因子Na：

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image042_jg.gif

    式中a为椭球体的长轴，与外磁场方向平行；b为椭球体的短轴，与外磁场方向垂直。

    旋转椭球体的退磁因子N也可用下述经验公式计算：

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image043_jg.gif

    显然，退磁因子与磁化物体的形状和磁化方向密切相关；薄片的退磁因子可达1；球体的退磁因

子为1/3；细长圆柱体的轴向退磁因子为零，径向退磁因子为1/2。

    由于物体磁化时退磁场的产生，因而实际使物体磁化的有效磁场强度HE，即物体内部的磁场强度

，为外磁场强度H_E与退磁场强度H_N之差：

    HE = H - HN

或 HE = H - NM

    上式表明，物体的退磁因子越大，退磁场强度也越大，有效磁场强度越小，物体越难磁化。

    物体磁化率可用下式表示:

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image036_jg.gif

式中Kp为物体体积磁化率。

    物体体积磁化率Kp与物质体积磁化率K=M/H的关系为

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image044_jg.gif

    物体比磁化率Xp与物质比磁化率X的关系为

    http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image045_jg.gif

    物质与物体的磁性差别取决于物体的形状，即退磁因子N。退磁因子N随尺寸比m的增大而减小，

N介于0~1之间。

    物体体积磁化率小于物质体积磁化率，即 http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image046_jg.gif，物体比磁化率小于物质比磁化率，即

http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image047_jg.gif，具体有三种情形：

    ① K≤0.2时，Kp≈K，物体体积磁化率与物质体积磁化率几乎一致（弱磁性矿物）；

    ② 在0.2<K<200区间，物体体积磁化率可用（2-41）式计算。若对伸长的磁铁矿粒平均取N=0.16

，则Kp介于0.193~6.06之间；

    ③ 当K>200时，物体体积磁化率接近常数，近似于http://netclass.csu.edu.cn/jpkc2006/ziyuan/jiaoan/images/image048_jg.gif（强磁性矿物）。

4. 矿物的磁性

    (1) 矿物按磁性分类

    根据磁性，按比磁化率大小把所有矿物分成强磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物。

    (2) 强磁性矿物的磁性

    磁铁矿属于亚铁磁性物质，是典型的铁氧体。铁氧体的晶体结构主要有三种：尖晶石型、磁铅石

型和石榴石型。