第12章磁場中的磁介質(zhì)2019ppt課件

1、BBBo 11.1 磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)磁介質(zhì)能與磁場產(chǎn)生相互作用的物質(zhì)能與磁場產(chǎn)生相互作用的物質(zhì)磁化磁化磁介質(zhì)在磁場作用下所發(fā)生的變化磁介質(zhì)在磁場作用下所發(fā)生的變化（1順磁質(zhì)順磁質(zhì)（3鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（2抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)（4超導(dǎo)體超導(dǎo)體B 根據(jù)根據(jù) 的大小和方向可將磁介質(zhì)分為四大類的大小和方向可將磁介質(zhì)分為四大類 0BB 0BB 0BB 0 B附加磁場附加磁場磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率描述不同磁介質(zhì)磁化后對外原磁場的影響描述不同磁介質(zhì)磁化后對外原磁場的影響0BBr rr 0 11.2 11.2 順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的磁化順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的磁化分子磁矩分子磁矩軌道磁矩軌道磁矩自旋磁矩自旋磁矩電子繞核的軌道運動電子

2、繞核的軌道運動電子本身自旋電子本身自旋等效于圓電流等效于圓電流分子電流分子電流1、順磁質(zhì)及其磁化、順磁質(zhì)及其磁化 分子的固有磁矩不為零分子的固有磁矩不為零0 mp無外磁場作用時，由無外磁場作用時，由于分子的熱運動，分于分子的熱運動，分子磁矩取向各不相同子磁矩取向各不相同,整個介質(zhì)不顯磁性。整個介質(zhì)不顯磁性。分分子子磁磁矩矩0 mp 有外磁場時，分子磁矩要有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子受到一個力矩的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。mp0B0BpMm M 分子磁矩產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致，分子磁矩產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)

3、內(nèi)部磁場增強。順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強。0BB 0BB 2、抗磁質(zhì)及其磁化、抗磁質(zhì)及其磁化分子的固有磁矩為零分子的固有磁矩為零0 mp在外磁場中，抗磁質(zhì)分子會產(chǎn)生附加磁矩在外磁場中，抗磁質(zhì)分子會產(chǎn)生附加磁矩LBmpmpMLBmpmpM外磁場中電子的進動和附加磁矩電子繞核的軌道運動電子繞核的軌道運動電子本身自旋電子本身自旋mp外磁場場作用下產(chǎn)生外磁場場作用下產(chǎn)生附加磁矩附加磁矩mp 電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用。電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用?？勾判允且磺写沤橘|(zhì)共同具有的特性。抗磁性是一切磁介質(zhì)共同具有的特性。0BB 總與外磁場總與外磁場方向反向方向反向定義定義:磁化強度磁化

4、強度1 mAVpMm 11.3 11.3 磁化強度磁化強度 磁介質(zhì)中的安培定理磁介質(zhì)中的安培定理Is磁化電流磁化電流is沿軸線單位長度上的磁化電流磁化面電流密度）沿軸線單位長度上的磁化電流磁化面電流密度）ssmssmilSlSiVpMMlSiSIp sI0I 磁化強度磁化強度M在量值上等于磁化面電流密度。在量值上等于磁化面電流密度。一、一、 磁化強度和磁化電流磁化強度和磁化電流abcd取如圖所示的積分環(huán)路取如圖所示的積分環(huán)路abcda: ssLIabiabMl dM 磁化強度對閉合回路磁化強度對閉合回路L的線積分，等于穿過以的線積分，等于穿過以L為周界的任意曲面的磁化電流的代數(shù)和。為周界的任意

5、曲面的磁化電流的代數(shù)和。二、磁場強度、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理二、磁場強度、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理1、磁化強度與磁化電流的關(guān)系、磁化強度與磁化電流的關(guān)系、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理理 LLsIIl dB)(00 l dMIl dBLLL 000 LLIld)MB(00 LsLIldMMBH 0 定義磁場強度定義磁場強度 LLIldH0 在穩(wěn)恒磁場中，磁場強度矢量沿任一閉合路徑在穩(wěn)恒磁場中，磁場強度矢量沿任一閉合路徑的線積分即環(huán)流等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電的線積分即環(huán)流等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關(guān)。流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關(guān)。單位：安培單位：安培/

6、米米(A/m)3、磁場強度、磁感應(yīng)強度的關(guān)系、磁場強度、磁感應(yīng)強度的關(guān)系HMm MBH 0 HB 介質(zhì)的磁導(dǎo)率介質(zhì)的磁導(dǎo)率介質(zhì)的磁化率介質(zhì)的磁化率m HBm 0H)(Bm 10r r0電介質(zhì)中的電介質(zhì)中的高斯定理高斯定理磁介質(zhì)中的磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理 SiSqqSdE)(01 LsLLIIl dB000 l dMIl dBLLL 00 LLIl dMB)(0 MBH 0 LLIl dH SSSSdPqSdE0011 SSqSdPE)(0 PED 0 VeSdVSdD E)(De01 EEDr 0 稱為相對電容率稱為相對電容率或相對介電常量或相對介電常量r 之間的關(guān)系之間的關(guān)系ED

7、P、)(er 1EPe0 HMm 之間的關(guān)系之間的關(guān)系M,H,BMBH 0 PED 0 H)(Bm 10)(mr 1HHBr 0r 稱為相對磁導(dǎo)率稱為相對磁導(dǎo)率r 0 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率例例1 一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為，相對磁，相對磁導(dǎo)率為導(dǎo)率為r的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠小于環(huán)的半徑的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠小于環(huán)的半徑。單位長度上的導(dǎo)線匝數(shù)為。單位長度上的導(dǎo)線匝數(shù)為n。 求：環(huán)內(nèi)的磁場強度和磁感應(yīng)強度求：環(huán)內(nèi)的磁場強度和磁感應(yīng)強度rHl dHL 2 NI rNIH 2 nI nIHBr0rO解：解：例例2 一無限長載流圓柱體，通有電流一無限長載流圓柱體，通有電

8、流I ，設(shè)電流，設(shè)電流 I 均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為，柱，柱外為真空。外為真空。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強度和磁感應(yīng)強度。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強度和磁感應(yīng)強度。解：解：IR0 I rH Rr rHl dHL 2 I IRr22 22 RIrH 22 RIrB 在分界面上在分界面上H 連續(xù)連續(xù), B 不連續(xù)不連續(xù)Rr IrH 2rIH 2 rIB 20 IR0 Hr HRrRI 2OBRrRI 2ORI 201、磁化曲線、磁化曲線裝置：環(huán)形螺繞環(huán)裝置：環(huán)形螺繞環(huán); 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)Fe,Co,Ni及及稀釷族元素的化合物，能被強烈地磁化稀釷族元素的化

9、合物，能被強烈地磁化RNIH 2 實驗測量實驗測量B,如用感應(yīng)電動勢測量如用感應(yīng)電動勢測量或用小線圈在縫口處測量；或用小線圈在縫口處測量；Hr HBor 由由 得出得出 曲線曲線鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的 不一定是個常數(shù)，不一定是個常數(shù)，它是它是 的函數(shù)的函數(shù)Hr 11.4 鐵磁質(zhì)自學(xué)）鐵磁質(zhì)自學(xué)）原理原理: 勵磁電流勵磁電流 I; 用安培定理得用安培定理得HRIIHr HBHr,B 初始磁初始磁化曲線化曲線a.bcdBOH.SBSHe.rB fCHSB .SH 矯頑力矯頑力CH 飽和磁感應(yīng)強度飽和磁感應(yīng)強度磁滯回線磁滯回線剩剩 磁磁rB2、磁滯回線、磁滯回線HBcHcH rBSBB的變化落后于的變化落

10、后于H，從而具有剩磁，從而具有剩磁，即磁滯效應(yīng)。每個即磁滯效應(yīng)。每個H對應(yīng)不同的對應(yīng)不同的B與磁化的歷史有關(guān)。與磁化的歷史有關(guān)。磁滯回線磁滯回線-不可逆過程不可逆過程在交變電流的勵磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的在交變電流的勵磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。鐵磁體于鐵電體類似；在交變場的作用下，它的形狀鐵磁體于鐵電體類似；在交變場的作用下，它的形狀會隨之變化，稱為磁致伸縮會隨之變化，稱為磁致伸縮10-5數(shù)量級它可用做數(shù)量級它可用做換能器，在超聲及檢測技術(shù)中大有作為。換能器，在超聲及檢測技術(shù)中大有作為。3 3、磁、磁 疇疇 根據(jù)現(xiàn)代

11、理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存在很強的在很強的“交換耦合作用交換耦合作用”，使得在無外磁場作用，使得在無外磁場作用時，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，時，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。形成自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。 這些區(qū)域稱為這些區(qū)域稱為“磁疇磁疇”多晶磁疇結(jié)構(gòu)多晶磁疇結(jié)構(gòu) 示意圖示意圖顯示磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形顯示磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形純鐵純鐵硅鐵硅鐵鈷鈷三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇Si-Fe單晶單晶(001)面的面的磁疇結(jié)構(gòu)磁疇結(jié)構(gòu)箭頭表示箭頭表示磁化方向磁化方向臨界溫度臨界溫度(鐵

12、磁質(zhì)的居里點鐵磁質(zhì)的居里點) 每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時，由高磁每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時，由高磁導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，而變?yōu)轫槾判浴６優(yōu)轫槾判?。不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度如：鐵為如：鐵為 1040K，鈷為，鈷為 1390K， 鎳為鎳為 630K 用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過程、磁用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點。滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點。3. 有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。鐵磁質(zhì)的特性鐵磁質(zhì)的特性2. 有很大的磁導(dǎo)率。有

13、很大的磁導(dǎo)率。 放入線圈中時可以使磁場增強放入線圈中時可以使磁場增強102 104倍。倍。4.溫度超過居里點時，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。溫度超過居里點時，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。1. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率不是一個常量，它的值不僅決定于原線不是一個常量，它的值不僅決定于原線 圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。 B 和和H 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。4、鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用、鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用軟磁材料作變壓器的。軟磁材料作變壓器的。純鐵，硅鋼坡莫合金純鐵，硅鋼坡莫合金(Fe，Ni)，鐵氧體等。，鐵氧體等。 r大，易磁化、易退磁起始磁化率大）。飽和磁大，易磁化、易退磁起始磁化率大）。飽和磁感應(yīng)強度大，矯頑力感應(yīng)強度大，矯頑力(Hc)小，磁滯回線的面積窄而小，磁滯回線的面積窄而長，損耗小長，損耗小HdB面積?。?。面積?。?。還用于繼電器、電機、以及各種高頻電磁元件的還用于繼電器、電機、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。磁芯、磁棒。HBcH cH(1)軟磁材料軟磁材料(2)硬磁材料硬磁材料作永久磁鐵作永久磁鐵鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金(3)矩磁材料矩磁材料作存儲元件作存儲元