磁记忆检测的力磁耦合型磁偶极子理论及解析解

磁偶极子理论在缺陷漏磁场解释中被成功广泛使用.由于磁荷密度等参数不易定量,磁偶极子理论在应用中常常进行归一化处理,被认为不适用于对应力相关的磁记忆信号做量化分析.本文通过建立力磁耦合型磁偶极子理论模型,以适用于分析磁记忆检测中应力对磁信号的影响.基于铁磁学理论确定应力和磁场联合作用下的等效场强度,基于弱磁化状态的一阶近似,获得了各向同性铁磁材料微弱环境磁场下的应力磁化解析解.结合磁信号二维问题中矩形和V形磁荷分布假定,建立了光滑与破坏试件表面磁信号、矩形和V形表面缺陷所诱导磁信号的力磁耦合型磁偶极子理论分析模型,并获得其解析解.基于力磁耦合型磁偶极子理论的解析解,对拉伸实验中试件破坏前后的信号差异、矩形和V形表面缺陷诱导磁信号,以及磁信号的影响因素和规律等进行了详细分析.理论研究表明,基于本文理论模型的解析解可实现对磁记忆检测中的一些基本实验现象和规律的解释.     

电磁学与电动力学中的磁单极—Ⅳ

本文为作者磁单极系列文章的第4篇,该系列文章在电磁学和电动力学框架内用尽量科普的方式分别介绍磁单极的若干奇特性质.在本篇文章中作者讨论用拓扑参量θ描写磁电介质,发现在这种介质上出现了电荷与磁单极作为双荷子共生的现象.如果进一步考虑到磁荷与电荷的量子化,则得到此介质的拓扑参量θ必须是π的分数或整数倍.     

磁单极子之谜

 在历史上,人们最初认为磁现象是正负磁荷产生的。但是,长期以来,从没有人发现过单独的磁北极或磁南极。因此,传统上认为磁是一种固有的双极现象,即任何一块磁体无论怎样细分,最后每一小块磁体总是显示出两个相反磁性区--磁北极和磁南极,这就是两磁极的不可分性。在安培提出分子电流是物质磁性的基本来源之后,这种不可分性得到了完满的解释。此后又断言,单独的磁荷或磁荷的基本单元--磁单极子是不存在的。这一论断构成了宏观电磁理论的基础,例如磁场的高斯定理就是自然界不存在磁单极子的数学表述。然而,这并不妨碍探索微观领域中是否存在磁单极子成为物理学家很感兴趣的一个课题。     

杯中连环

在物理学发展史上，有相当长的一段时间里“磁现象”和“电现象”是被分别研究的：1780年，库仑曾证明“电与磁是完全不同的实体”；1802年，安培说过，“我愿意去证明电与磁是相互独立的两种不同的流体”……然而，丹麦的物理学家奥斯特却一直坚信电、磁、光、热等现象之间，必定有着内在的、本质的联系，因为1751美国人富兰克林发现了莱顿瓶放电能使钢针磁化的现象，使他受到了很大的启发，他认为，电转化为磁是不成问题的，问题在于寻找转化的条件．     

用磁介质磁化理论的两种观点妙解静磁场——兼论与界线距离成反比分布的等量异种磁荷板的磁场

本文利用磁介质磁化理论的分子电流观点对一静磁场进行了求解,然后,根据静磁场的解利用磁介质磁化理论的磁荷观点求出了该场的极化磁荷分布,在此基础上,利用静磁场的叠加原理求出了一个磁荷分布——真空中与界线距离成反比分布的无限大等量异种磁荷板的磁场.     

等效磁荷方法及其在三维磁场计算中的应用

本从普通物理教学角度讨论了等效磁荷概念；以及等效磁荷方法在包含有非线性高磁导介质的三维磁场计算中的应用，给出了用此方法计算电磁除铁器磁场的实例，最后讨论此方法的优缺点。     

读“等效的磁荷观点”有感

文章在假想的“磁荷世界”中修改了麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式.由磁的库仑定律出发,并根据磁荷与电荷产生的电磁场的等效性,得到真空中静磁场的高斯定理和环路定理.仿照“电荷世界”中的电流定义了磁流强度,又根据磁场的相对论变换,由毕奥—萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律得到稳恒电场D的高斯定理和环路定理.     

聚焦光在单轴晶体中的感应磁化

运用矢量衍射理论,分析了高度聚焦的圆偏振激光脉冲在具有逆法拉第效应的单轴晶体中产生的感应磁化分布.详细研究了界面位置不同对磁化分布的影响,比较了小双折射效应的单轴晶体中的磁化分布与均匀介质中的磁化分布.计算结果发现:随着界面向透镜移动,磁化强度的最大值和磁化斑的最小值位置沿着光轴方向移动.在单轴晶体中的磁化强度大于在均匀介质中的磁化强度.但是,在单轴晶体中的磁化斑的大小比在均匀介质中的小.描述单轴晶体各向异性的光磁常量与各向同性的光磁常量的比值愈大,磁化强度愈大,磁化斑愈小.     

磁介质磁化的演示装置

1.问题的提出在普通物理的教学中,磁介质的磁化是比较重要的一部分内容。其中弱磁质的磁化现象比较抽象,初学者难于理解。由于弱磁质的磁化现象很微弱,比铁磁质要弱上几百～几千倍,故在一般的磁场中无法直接观察到。可是如果能把磁场强度提高几百～几千倍,此现象就能象铁磁质磁化那样易于观测了。笔者设计了一种简易的演示装置,利用     

基于磁荷概念的稳恒电流磁场理论的理解

本文从磁荷概念出发,利用磁荷与电荷之间的相似性,由静电学知识直接能给出空间磁场和磁势的表达式.再引入磁壳的概念,利用磁壳的一个简单性质和与电流回路的等效性,得到稳恒电流磁场中几乎所有理论公式.这种以磁荷角度讨论磁学的路线,是深刻理解磁现象的重要途径.     

基于面磁荷密度的金属磁记忆检测正演模型

磁偶极子理论在金属磁记忆检测正演分析中得到了广泛应用,但是现有模型中的磁荷密度多为假设值,且假设磁荷在缺陷断面或应力集中区域呈均匀分布或线性分布,无法实现磁记忆信号的准确定量分析.针对上述问题,本文在结合力磁耦合理论、磁荷理论和有限元方法基础上,将试件离散为有限多个微小单元,假设单元内部磁特征参数分布均匀,建立了单元应力、磁化强度与磁荷密度之间的关系,构建了能够考虑应力不均匀分布对磁荷密度分布影响的金属磁记忆检测正演模型.与实验结果对比发现,本文建立模型无论是定性还是定量上都能很好预测磁记忆信号变化规律;在此基础上,对比了应力集中和宏观裂纹表面磁场分布的差异,并以裂纹缺陷为例,详细讨论了裂纹缺陷尺寸参数对磁记忆信号及其特征参量的影响规律.理论分析表明,本文模型可为定量分析磁记忆检测过程中缺陷附近磁场变化规律提供新的理论模型.     

磁振子宏观效应以及热扰动场对反磁化的影响

热扰动导致的磁反转是越过能量势垒的不可逆反转,称为热助隧穿.本文研究Pr-Fe-B磁体热扰动导致的磁反转弛豫现象,反转磁矩与时间自然对数关系可表示为与能垒之间的关系,因此反磁化弛豫现象可用磁振子按能量的玻色统计分布率来解释,是磁振子宏观效应的体现.反磁化不可逆过程的临界尺寸为纳米级,与理论磁畴壁尺寸接近,证实热扰动反磁化经过磁畴壁形核去钉扎过程.在实空间反磁化耦合体积增大能减小磁振子隧穿的反磁化概率,热扰动场减小;热扰动后效场测量值与热扰动场计算值基本是一致的.温度升高,热扰动能量增大,由于耦合作用热扰动后效场有所减小,但热扰动后效场相对于矫顽力的作用增大.     

磁化铁氧体覆盖二维导体目标FDTD分析的移位算子方法

采用移位算子方法把时域有限差分法推广应用于二维磁各向异性色散介质—磁化铁氧体中.证明了电磁波横向入射二维轴向磁化铁氧体目标情形下,电磁波可按目标的轴向分解为横电波(TE波)和横磁波(TM波),且TE波的散射特性与铁氧体介质无关,而TM波的散射特性与介质电磁参量密切相关,同时对其物理原因进行了分析.通过采用移位算子方法处理磁化铁氧体频域本构关系,得到该情形下目标电磁散射的移位算子时域有限差的迭代计算公式,同时解决了电磁波在各向异性和频率色散介质中传播的问题.计算了轴向磁化铁氧体涂敷VonKarman型导体柱的TM波双站雷达散射截面,分析了铁氧体参量对目标双站雷达散射截面的影响.结果表明:恰当地选择铁氧体参量能有效地减少目标的雷达散射截面,本文时谐因子取exp〔jωt〕.     

GdFeCo/AlN/TbFeCo薄膜的变温磁化性能研究

用磁控溅射法制备了GdFeCo/AlN/TbFeCo静磁耦合多层薄膜。振动样品磁强计和克尔磁滞回线测试装置的测试结果表明 :2 5℃不加外磁场时GdFeCo/AlN/TbFeCo静磁耦合多层薄膜读出层 (GdFeCo)的极向克尔角为零 ,读出层呈平面磁化 ;12 5℃不加外场时读出层的克尔角最大 (0 .5 4°) ,读出层的磁化方向为垂直磁化 ;随着温度增高 ,读出层由平面磁化转变为垂直磁化 ,在 75℃到 12 5℃温度范围内读出层磁化方向很快从平面磁化转变为垂直磁化。对磁化过程的机理研究表明 :饱和磁化强度和有效各向异性常量影响读出层磁化方向的转变过程 ,但主要受读出层饱和磁化强度的影响 ;在较高温度时读出层的磁化强度较小 ,退磁场能较小 ,在静磁耦合作用下 ,使GdFeCo读出层的磁化方向发生转变。制备的GdFeCo/AlN/TbFeCo静磁耦合多层薄膜适合作CAD MSR记录介质     

GdFeCo/AIN/TbFeCo薄膜的变温磁化性能研究

用磁控溅射法制备了GdFeCo/AlN/TbFeCo静磁耦合多层薄膜.振动样品磁强计和克尔磁滞回线测试装置的测试结果表明:25℃不加外磁场时GdFeCo/AlN/TbFeCo静磁耦合多层薄膜读出层(GdFeCo)的极向克尔角为零,读出层呈平面磁化;125℃不加外场时读出层的克尔角最大(O.54°),读出层的磁化方向为垂直磁化;随着温度增高,读出层由平面磁化转变为垂直磁化,在75℃到125℃温度范围内读出层磁化方向很快从平面磁化转变为垂直磁化.对磁化过程的机理研究表明:饱和磁化强度和有效各向异性常量影响读出层磁化方向的转变过程,但主要受读出层饱和磁化强度的影响;在较高温度时读出层的磁化强度较小,退磁场能较小,在静磁耦合作用下,使GdFeCo读出层的磁化方向发生转变.制备的GdFeCo/AlN/TbFeCo静磁耦合多层薄膜适合作CAD-MSR记录介质.     

寻找磁单极子和分数电荷(下)

2.磁单极子 电荷和电偶极子在自然界里比比皆是.但是,实验上从来没有证实过孤立磁荷的存在[1].磁仍极子是十分普通的,但把一个磁偶板子分成两个,并不得到两个相反的磁荷,而是得到两个更小的磁偶极子.电和磁之间的对称性是人们所向往的一件好事情,所以,物理学家们愿意相信,磁单极子(磁荷)是存在的.不过,如果没有确实的实验证明,就无法作出这样的结论. 存在磁单极子的一个有说服力的理论论证,是1931年狄拉克(P.A.M.Dirac)提出来的[2].他考虑在一个磁荷的场中的单个电子,发现量子力学(角动量的量子化)要求基本电荷(e)和基本磁荷(g)之间成立如…     

永磁体空间磁场的分析计算及其在永磁磁力轴承中的应用

在介绍三种永磁体空间磁场计算模型的基础上,利用泛函理论分别推导出等效磁荷模型和等效电流模型对应的变分形式,并就等效磁荷模型详细地介绍了有限元法．由于等效磁荷模型使用仅有一个自由度的标量磁位,因而计算起来比具有三个自由度的矢量磁位的等效电流法更简便．从永磁磁力轴承磁场的计算算例中可以看出,用等效磁荷模型的有限元法计算永磁体空间磁场是非常简便和有效的．     

磁性应力监测中力磁耦合特征及关键影响因素分析

针对磁性应力监测研究中力磁耦合关系有多种变化趋势且一直没有合理理论解释这一问题, 从磁性材料的微观磁畴运动出发, 根据磁致磁化过程, 详细分析了两种不同磁化状态下力致磁化的变化规律, 揭示出力磁耦合关系的变化特征, 进而提出磁化状态是导致力磁耦合关系差异的本质因素; 对工程上实际缆索用镀锌钢丝在不同磁化状态下进行了力磁耦合试验, 结果与理论一致: 力磁耦合关系随磁化状态的不同而不同, 本质上有效地解释了已有研究中力磁耦合关系的矛盾多样性. 关键词： 应力监测 磁化状态 力磁耦合 磁畴运动     

磁单极

在经典电动力学的麦克斯韦方程组中,·D=σf,而·B=0。这意味着和电荷相应的磁荷(磁单极)不存在。因而,在经典的麦克斯韦电磁理论中,电和磁并不处在完全对称的地位。对此,人们不很满意。如果自然界有磁荷存在,那么只要假定所有粒子的磁荷一电荷比是同一常数,总能通过适当的数学变换使麦克斯韦方程组仍具有目前这种形式。 近代对磁单极的讨论始于1931年Dirac的一篇文章[1]。Dirac指出:如果自然界有磁荷存在,则任何粒子的电荷就必须是量子化的,即必须是电子电荷的整数倍。1974年,A,M.polyakov(苏联)和G.t’Hooft(芬兰)又指出:磁单极的质量…     

磁荷对中子星质量半径比的约束

讨论了荷电(磁)质点的量子力学波方程及其解. 由磁场中解的奇异性讨论了磁单极的存在; 由Rubakov-Callan模型推知中子星可能含有大量磁单极. 然后采用中子星的结构方程, 讨论了磁荷对中子星质量半径比的约束, 分别得到了磁荷对中子星质量半径比上限的影响 和磁荷对中子星质量半径比下限的影响的数学表达式. 关键词： 磁单极 中子星 质量半径比