第15章磁介質(zhì)的磁化參考答案

1、第15章磁介質(zhì)的磁化參考答案一、選擇題1(C),2(B),3(B),4(C),5(D)、填空題(1) .8.88X10-6，抗.(2) .鐵磁質(zhì)，順磁質(zhì)，抗磁質(zhì).(3) .2.50X104A/m(4) .各磁疇的磁化方向的指向各不相同，雜亂無章全部磁疇的磁化方向的指向都轉(zhuǎn)向外磁場方向(5) .矯頑力大，剩磁也大；例如永久磁鐵.(6) .矯頑力小，容易退磁.三計(jì)算題1. 半徑為R、通有電流I的一圓柱形長直導(dǎo)線，外面是一同軸的介質(zhì)長圓管，管的內(nèi)外半徑分別為R1和R2,相對磁導(dǎo)率為r.求：(1) 圓管上長為I的縱截面內(nèi)的磁通量值；I2r(2) 介質(zhì)圓管外距軸r處的磁感強(qiáng)度大小.解：R2R1,與有無介

2、質(zhì)筒無關(guān)2. 一根無限長的圓柱形導(dǎo)線，外面緊包一層相對磁導(dǎo)率為r的圓管形磁介質(zhì).導(dǎo)線半徑為R1,磁介質(zhì)的外半徑為R2,導(dǎo)線內(nèi)均勻通過電流I.求：(1) 磁感強(qiáng)度大小的分布(指導(dǎo)線內(nèi)、介質(zhì)內(nèi)及介質(zhì)以外空間).(2) 磁介質(zhì)內(nèi)、外表面的磁化面電流密度的大小.解：(1)由電流分布的對稱，磁場分布必對稱把安培環(huán)路定理用于和導(dǎo)線同心的各個圓周IrfolrH12,B10H122R12R1在磁介質(zhì)內(nèi)部(R1<r<R2)H22nrI,H2I,B20rI2r2nr在磁介質(zhì)外面(r>R0H3,B302nr2r環(huán)路在導(dǎo)線中(0<r<R1)H12rR2r2(2)磁化強(qiáng)度rlI2727介質(zhì)

3、內(nèi)表面處的磁化電流密度iS1M12R1介質(zhì)外表面處is22R23. 一個磁導(dǎo)率為1的無限長均勻磁介質(zhì)圓柱體，半徑為R1.其中均勻地通過電流I在它外面還有一半徑為R2的無限長同軸圓柱面，其上通有與前者方向相反的電流I,兩者之間充滿磁導(dǎo)率為2的均勻磁介質(zhì).求磁感強(qiáng)度的大小B對到軸的距離r的分布.解：由安培環(huán)路定律Hdlh，有H1_irl-R227lr2R20vrvR1H2=I/(2r)H3=0RkrvR2r>R2H有B的分布:2B11lr/2R10vrvR1B2=2l/(2r)R1vrvR2B3=0r>R24.一鐵環(huán)的中心線周長為0.3m,橫截面積為1.0x10-4m2，在環(huán)上密繞30

4、0匝表面絕緣的導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線通有電流3.2x10-2A時，通過環(huán)的橫截面的磁通量為2.0X10-6Wb.求：(1) 鐵環(huán)內(nèi)部的磁感強(qiáng)度；(2) 鐵環(huán)內(nèi)部的磁場強(qiáng)度；(3) 鐵的磁化率；(4) 鐵環(huán)的磁化強(qiáng)度.解：(1)B(2) n=1000m-1,(3) 相對磁導(dǎo)率2102TSH=n10=32A/mr4970H磁化率(4)磁化強(qiáng)度m=r-1=496M=mH=1.59X104A/m四研討題1順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率明顯地依賴于溫度，而抗磁質(zhì)的磁導(dǎo)率則幾乎與溫度無關(guān)，為什么？參考解答：順磁質(zhì)的磁性主要來源于分子的固有磁矩沿外磁場方向的取向排列。當(dāng)溫度升高時，由于熱運(yùn)動的緣故，這些固有磁矩更易趨向混亂，

5、而不易沿外磁場方向排列，使得順磁質(zhì)的磁性因磁導(dǎo)率明顯地依賴于溫度。鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于磁疇的磁矩方向沿外磁場方向的取向排列。當(dāng)溫度升高時，各磁疇的磁矩方向易趨向混亂而使鐵磁質(zhì)的磁性減小，因而鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率會明顯地依賴于溫度。當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度超過居里點(diǎn)時，其磁性還會完全消失。至于抗磁質(zhì)，它的磁性來源于抗磁質(zhì)分子在外磁場中所產(chǎn)生的與外磁場方向相反的感生磁矩，不存在磁矩的方向排列問題，因而抗磁質(zhì)的磁性和分子的熱運(yùn)動情況無關(guān)，這就是抗磁質(zhì)的磁導(dǎo)率幾乎與溫度無關(guān)的原因。2. 在實(shí)際問題中用安培環(huán)路定理lHdlIo計(jì)算由鐵磁質(zhì)組成的閉合環(huán)路，在得出H后，如何進(jìn)一步求出對應(yīng)的B值呢？參考解答：由于鐵磁質(zhì)的r

6、不是一個常數(shù)，因此不能用B=r0H來進(jìn)行計(jì)算，而是應(yīng)當(dāng)查閱手冊中該鐵磁材料的BH曲線圖，找出對應(yīng)于計(jì)算值H的磁感強(qiáng)度B值.3. 磁冷卻。將順磁樣品(如硝酸鎂)在低溫下磁化，其固有磁矩沿磁場排列時要放出能量以熱量的形式向周圍環(huán)境排出。然后在絕熱的情況下撤去外磁場，這樣樣品溫度就要降低，實(shí)驗(yàn)中可降低到10-6K。試解釋為什么樣品絕熱退磁時會降溫。參考解答：磁冷卻的原理和過程可以分幾步說明如下：(1) 把順磁樣品放入低溫環(huán)境中(如溫度1K的He氣，He氣又和周圍的液He維持1K下的熱平衡)。(2) 加外磁場(磁感強(qiáng)度約1T),使順磁樣品等溫磁化，順磁質(zhì)的固有磁矩在外磁場的作用下會排列起來。在此過程中

7、，外界對磁場做功，順磁質(zhì)的內(nèi)能增加；同時樣品放出熱量，被周圍的He氣吸收，整個系統(tǒng)仍維持1K的溫度不變。(3) 迅速抽出樣品周圍的He氣，使樣品處于絕熱隔離狀態(tài)。去掉外磁場，順磁質(zhì)的磁場又趨于混亂。此過程中，樣品對外做功，內(nèi)能減少，樣品溫度下降。一般情況下，樣品的溫度可以將到10-6k。4. 高壓容器在工業(yè)和民用領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，如鍋爐、儲氣罐、家用煤氣壇等。由于高壓容器長期的使用、運(yùn)行,局部區(qū)域受到腐蝕、磨損或機(jī)械損害，從而會形成潛在的威脅因此世界各國對于高壓容器的運(yùn)行都制定了嚴(yán)格的在役無損檢測標(biāo)準(zhǔn)，以確保高壓容器的安全運(yùn)行。請根據(jù)所學(xué)的知識，探索一種利用鐵磁材料實(shí)現(xiàn)無損探傷的方法。

8、參考解答:目前無損檢測一般采用的方法有磁粉探傷、超聲波探傷和X射線探傷等方法。磁粉探傷依據(jù)的是介質(zhì)表面磁場分布的不連續(xù)性，可采用磁粉顯示；超聲波和X射線探傷利用了波動在介質(zhì)分界面反射的現(xiàn)象這些方法有的儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣，有的數(shù)據(jù)處理麻煩、價格較高，對于家用容器的檢測就更為不方便根據(jù)LC振蕩電路的磁回路特性，一旦介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，將會引起磁導(dǎo)率的突變，從而使回路的電磁參數(shù)發(fā)生變化將這一結(jié)果用于鐵磁材料表面和內(nèi)部傷痕、裂紋的檢測中，其檢測方法原理簡單，操作方便，檢測靈敏度高。LC磁回路測量原理：磁回路的基本模型如圖所示?；芈纷罨镜囊?guī)律是安培環(huán)路定理IHA是帶線圈的磁芯，M是待檢測的材料，如容

9、器壁。磁dlIi.假定整個回路采用高導(dǎo)磁率材料組成，而且回路中繞有一種材料中的磁場強(qiáng)度相同，則環(huán)路定理就可以寫成：BiliN匝線圈，線圈中電流為I,若同NIHili式中Hi總是沿|i方向。當(dāng)回路中第都相同，i段的截面積為0iSi時,BiSi=i,由于環(huán)路內(nèi)各處截面的磁通上式中令:.于是有:NIHiliBiliih0iSili0iSiNIli0iSiRm分別為磁回路的磁動勢和磁阻,另一方面，根據(jù)磁回路中的自感電動勢定義：dIdNdL，由式得到：LNdtdtdI假定由該回路與電容C組成LC振蕩電路，電路的振蕩頻率f1fVRmf為:Rmd1RmmRm(2)12；LC2.CN由式(2)可見，在回路幾何參數(shù)一定的情況下