目 录
摘 要????????????????????????????????1 Abstract????????????????????????????????1 1引言?????????????????????????????????1 2磁介质材料的地位、发展和热力学的研究方法???????????????2
2.1磁介质材料的地位和发展前景???????????????????2 2.2磁介质的热力学研究???????????????????????2 3磁介质系统力热磁效应的研究和麦克斯韦关系???????????????3 3.1力学效应和磁学效应之间的关系??????????????????3
3.2磁学效应和热学效应之间的关系??????????????????4 3.3磁介质系统的热力学基本方程和麦克斯韦关系????????????5 4二级麦克斯韦关系????????????????????????6 5二级磁致伸缩效应??????????????????????????6 6结论???????????????????????????????8 参考文献??????????????????????????????8 致谢?????????????????????????????????9
磁介质力、热、磁混合效应的热力学描述
摘 要：本文首先介绍了磁介质材料的地位和热力学的研究方法，并采用热力学的方法讨论了顺磁介质系统的力、热、磁直接效应以及三者之间的交叉效应，得到了一系列关系。在此基础上又讨论了其二级效应麦氏关系和二级磁致伸缩效应，以更好的了解和应用磁介质。
关键词： 顺磁介质；直接效应；交叉效应；麦氏关系；磁致伸缩效应
Thermodynamic Considerations on The Mechanic,
Thermodynamic and Magnetic Properties of Magnetic Materials
Abstract：This article first describes the status of magnetic materials and the research method of thermodynamics, then discusses the paramagnetic media systems with thermodynamics method, including it’s power, heat and magneto-direct effect and crossing effect between the three. And then get a series of relationships. To get better understanding and application of magnetic media. Then On the basis above the secondary magnetostrictive effects are discussed as well as the secondary effect of Maxwell relations.
Key words：paramagnetic；direct effect；crossing effect；maxwell relations；magnetostrictive effects
1引言
对磁介质材料性质的研究是一直是热力学与统计物理学的一个重要领域。热力学的研究中，通常都是将系统的PVT结果直接推广到外场中的磁介质系统。除传统的推广方法外，还可以应用功的广义形式和复杂系统的热力学基本方程来研究磁介质系统的热力学性质[1]。本文通过对顺磁介质系统的力、热、磁等效应的研究和麦克斯韦关系的讨论，从不同的热力学函数导出的不同形式的Maxwell 关系，而利用麦氏关系又可以得到力热、力磁、磁热效应的二级关系和二级磁致伸缩效应。从而对磁介质的力、热、磁等效应有更好的描述，更好的了解和应用磁介质。
2磁介质材料的地位、发展和热力学的研究方法
2.1 磁介质材料的地位和发展前景
现代科技社会中，磁性材料已成为必不可少的功能性基础材料。其应用之广泛几乎
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无处不在，其涉及领域有航空、航天、核技术、汽车、电子、信息、通讯、动力、机械、照明、家用电器、矿山机械、工业技术等。其在国民经济中的地位不言而喻。
二十一世纪是“信息世纪”，大容量存储技术在信息处理、传递和保存中占据重要位置。从计算机诞生迄今，磁记录系统在计算机信息的存储记录中一直占据着统治地位
[2]
。近年来，随着社会信息量的爆炸性增长和计算机主机性能的不断提高，对外存设备
的容量和性能提出了越来越高的要求；另一方面，近年来，磁光盘存储器和大容量半导体存储器在技术上获得了长足的进步，作为新一代的存储记录技术，已对传统的磁记录技术构成了一定的威胁。在这种形势下，磁记录技术只有在记录性能方面取得突破性的进步，才能适应新一代计算机发展的要求，确保其在外设领域的地位。磁记录介质作为存储记录信息的载体，是数字磁记录系统中的核心组成部分，其性能的好坏对磁记录系统的性能有着决定性的影响。虽然现在有光存储技术、电子存储技术、光磁存储技术等，但目前在个人计算机占主流地位的存储设备，仍然是这些磁介质设备。 2.2 磁介质的热力学研究
我们知道磁介质中磁场强度和磁化强度发生改变时外界所作的功为
?1? dW?Vd??0H2???0VHdm (1)
2??
其中第一项为激发磁场所作的功，第二项是使介质磁化所作的功[3]。当热力学系统只包括介质而不包括磁场时，功的表达式为
dW??0Hd? (2)
是磁化强度。 ??mV是介质的总磁矩；m在不考虑膨胀的情况下磁介质的功的表达式为
dU?TdS??0Hdm (3)
该方程可由简单系统的热力学基本方程
?TdS?PdV dU (4)
?令P??0H，??mV得到
用同样的方法可得到磁介质的吉布斯函数[4]
G?U?TS??0Hm (5)
dG??SdT??0mdH (6) 由此微分方程可以得到三个麦氏关系式：
??S? V???????(7)?????p?T??p,H ??T,H
2
2??????V?MG??????(8)??????0?????Hp?p?H?????T,p?T,H?T
S?M?????(9)??????0?H?T??p,H T,p ??
这三个麦氏关系分别描述力热效应，力磁效应和磁热效应,其中(9)表示磁致伸缩和压缩效应之间的关系[5]。
3磁介质系统力、热、磁效应的研究和麦克斯韦关系
3.1 力学效应和磁学效应之间的关系
设V，若温度 T不变，则有 ???VT,P,H???VV?????(10) dV?dp???dH???p?H????pH 两边同时除以dp，且保持M值不变则有
???????V?V?V?H????????(11) ????????????p?p?Hp????pM?H?M ??
1??V??若定义KM???，得 ??V??p?M??????M?H????(12)K?K?MH??????Vpp????HM
??x???y???z?1??V????又由?，，得 ??1???????T,p?????z?x??x?yV??p?T,H?y?z????H?H???(13)?????????M?p ?p?M??
????M1??M???????????p??p??p??HH2(14)
???M?由此可得 kH?kM?0??? (15) V?p??p??H
则有在温度T不变时，压缩系数这一力学效应和压磁效应之间的关系。由麦克斯韦关系还可以得出力学效应和磁致伸缩效应之间的关系[6]。 同理可得
?p??V?
3
?????Vp?H (16) kH??M?0??2由此式可以导出磁现象与压磁效应或磁致伸缩效应之间的关系：
?pkH(17) ?k?V M压缩系数KM，KM是单纯的力学效应量，而磁化率?p，?V是单纯的磁学效应量。上式子可知力学效应和磁学效应之间的关系。
3.2 磁效应和热效应之间的关系
设S=S(T，H)，若系统压强p不变则有得到热容之差
CH?CM??T???S???H?????H?T??T??M 由T,p不变时的磁化率和????x???y??????y?????z?1z??z?x??x????y
可得 ???H???H???M?1??M???T????????????M??T?T??T?H?T??T?H 利用电容之差和麦氏关系可得
2C?0T??M?H?CM?
??T??T??H 在设定压强P不变的情况下，最终可以推出
??T??M?20T??S?
C?? H??T?H得
CHC??TM?S 此即热容和磁化率之间的关系，即磁热关系[7]。 3.3 磁介质系统的热力学基本方程和麦克斯韦关系
由简单系统的热力学基本方程
dU?TdS?PdV 可以导出等价的另外三个关系式 对H?U?pV两边取微分则有
dH?TdS?Vdp 同理： dA??SdT?pdV dG??SdT?Vdp 这四个关系式称为热力学基本方程。
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