《穩(wěn)恒磁場4磁介質(zhì)》PPT課件.ppt

1、7-9 磁介質(zhì)的磁化,一. 磁介質(zhì) 磁化強(qiáng)度,1. 磁介質(zhì)的分類,I,I,磁介質(zhì)對螺線管內(nèi)的場有影響，加介質(zhì)之前，螺線管內(nèi)磁場強(qiáng)度為B0，加介質(zhì)后為B,順磁質(zhì),定義:,如：錳、鉻、鉑、氮、氧等。,如：汞、銅、鉍、銀、氫等。,如：鐵、鈷、鎳等,r 不同的磁介質(zhì)在磁場中所表現(xiàn)出的特性不同：,抗磁質(zhì),鐵磁質(zhì),相對磁導(dǎo)率,2. 順磁質(zhì)和抗磁質(zhì),實(shí)物的基本組成單元：分子、原子、電子,+,-,電子運(yùn)動(dòng)：,繞核運(yùn)動(dòng),圓電流,軌道磁矩,(1) 分子磁矩,自旋運(yùn)動(dòng),自旋磁矩,兩種運(yùn)動(dòng)磁效應(yīng)的總和,分子 圓電流,分子的固有磁矩,兩類磁介質(zhì), 0,順磁質(zhì),抗磁質(zhì),= 0,順磁質(zhì)內(nèi)磁場,(2) 順磁質(zhì)的磁化,無外磁場

2、時(shí)抗磁質(zhì)分子磁矩為零,抗磁質(zhì)內(nèi)磁場,抗磁質(zhì)的磁化,(3) 抗磁質(zhì)的磁化,處于外磁場時(shí)，電子受庫倫力和洛侖茲力作用,討論,1 順磁性介質(zhì)處在外磁場時(shí)， 其體內(nèi)磁場：,抗磁性介質(zhì)處在外磁場時(shí)， 其體內(nèi)磁場：,2 介質(zhì)中的抗磁效應(yīng)在順磁介質(zhì)中是否有？,有！,3 超導(dǎo)體是完全抗磁體,在外磁場中超導(dǎo)體內(nèi)：,= 0,式中 是體積 V 內(nèi)的分子磁矩或分子感生磁矩的矢量和。,單位為：Am-1。,3. 磁化強(qiáng)度矢量,為表征磁介質(zhì)的極化狀態(tài)，定義磁化強(qiáng)度矢量：在單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和，以 M 表示，即,主要學(xué)習(xí)均勻磁化。,介質(zhì)磁化后, 磁介質(zhì)內(nèi)部分子磁矩重新排列，內(nèi)部分子電流總是相反，互相抵消，只在邊緣形成近

3、似環(huán)形電流，稱為磁化電流 I ，,二. 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,在圓柱形磁介質(zhì)表面沿軸線方向單位長度的磁化電流，稱為磁化電流面密度 Is。,假設(shè)磁介質(zhì)被均勻磁化，則在長為L，截面積為S的磁介質(zhì)中,在磁介質(zhì)內(nèi)外橫跨邊緣處，選擇如圖所示的ABCD矩形環(huán)路，其中AB = l。,根據(jù)安培環(huán)路定理：,引入輔助物理量,磁場強(qiáng)度矢量,在有磁介質(zhì)的磁場中，沿任意閉合路徑磁場強(qiáng)度的線積分等于該路徑所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。,物理意義,SI制中磁場強(qiáng)度H 的單位：安培/米(A/m),則有：,磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,實(shí)驗(yàn)表明：各向同性的磁介質(zhì)和抗磁質(zhì)，磁化強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度成正比，即：,令r = 1+ ，為磁介質(zhì)的相對

4、磁導(dǎo)率，則： B= 0 r H= H,磁場強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度的單位都是Am-1。, = 0 r 稱為磁介質(zhì)的絕對磁導(dǎo)率,注：真空中 =0, r=1, = 0 , 于是B= 0 H, 稱為磁介質(zhì)的磁化率,例1：長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1 的金屬導(dǎo)體，它與外壁（R2）之間充滿相對磁導(dǎo)率為 r的均勻磁介質(zhì)，電流I從芯流過再沿外壁流回。求介質(zhì)中磁場分布,解：根據(jù)電流分布的軸對稱性，磁場 分布是以中心線為軸的同心圓分布,選中心線為軸，半徑為r的圓為積分路徑,0 r R1,R1 r R2,r R2,1. 磁 疇,三. 鐵磁質(zhì), 磁疇：鐵磁體內(nèi)存在著無數(shù)個(gè)線度約為10-4m的小區(qū)域，在每個(gè) 小區(qū)域內(nèi)，所有

5、原子的磁矩全都向著一個(gè)方向排列。,1 當(dāng)全部磁疇都沿外磁場方向時(shí)，鐵磁質(zhì)的磁化就 達(dá)到飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)時(shí)磁場強(qiáng)度很大 這就是鐵磁質(zhì)磁性 r大的原因。,說明：,2 當(dāng)溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)會(huì)瓦解磁疇內(nèi)磁矩的規(guī)則 排列。在臨界溫度（相變溫度Tc ）時(shí)，鐵磁質(zhì)完 全變成了順磁質(zhì)。居里點(diǎn) Tc (Curie Point),如：鐵為 1040K，鈷為 1390K， 鎳為 630K,2. 磁化曲線,裝置：環(huán)形螺繞環(huán)，用鐵磁質(zhì) 充滿環(huán)內(nèi)空間。,原理：根據(jù)安培定理 由通有的傳導(dǎo)電流得：,實(shí)驗(yàn)測量B：,磁滯效應(yīng),1) 初始磁化曲線,2) 剩磁Br,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm,3) 矯頑力Hc,3. 鐵磁質(zhì)的磁滯回線,鐵磁

6、質(zhì)的磁化狀態(tài)并不能由電流I或H值單值確定，它還取決于該鐵磁質(zhì)此前的磁化歷史。,4) 磁滯回線,5) 在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高 磁滯損耗,磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。,不同的鐵磁質(zhì)的磁滯回線的形狀不同，表示它們各具有不同的剩磁和矯頑力Hc,4. 鐵磁性材料,(1) 軟磁材料：,純鐵，坡莫合金(Fe，Ni)， 硅鋼等。,如,r大，(起始磁化率大)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大,適用于變壓器、繼電器、電機(jī)、以及各種高頻 電磁元件的磁芯、磁棒。,特點(diǎn)：,矯頑力(Hc)小， 磁滯回線的面積窄而長， 損耗小（HdB面積?。?。,易磁化、易退磁,(2) 硬磁材料：,鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金,矯頑力(Hc)大，剩磁Br大 磁滯回線的面積大，磁滯特性非常顯著。,適用于做永磁鐵。,特點(diǎn)：,(3) 矩磁鐵氧體（磁性瓷）：,具有高磁導(dǎo)率和高電阻率. 常用于高頻技術(shù)及計(jì)算機(jī)記憶元件。,特點(diǎn)：,5. 磁屏蔽,把