大學(xué)物理第17磁介質(zhì)

1、17.1、17.2 磁介質(zhì)對磁場的影響磁介質(zhì)對磁場的影響B(tài)IIoBII真空真空介質(zhì)介質(zhì)1.磁介質(zhì)磁介質(zhì):實(shí)體物質(zhì)在磁場作用下呈現(xiàn)磁性實(shí)體物質(zhì)在磁場作用下呈現(xiàn)磁性,該物體稱磁介質(zhì)。該物體稱磁介質(zhì)。2.磁化磁化:磁介質(zhì)在磁場中呈現(xiàn)磁性的現(xiàn)象稱為磁化。磁介質(zhì)在磁場中呈現(xiàn)磁性的現(xiàn)象稱為磁化。BBBo一、磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度3.磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度:Bo載流體在真空中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；載流體在真空中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；B磁化電流產(chǎn)的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁化電流產(chǎn)的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度；B介質(zhì)內(nèi)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度；介質(zhì)內(nèi)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度：

2、磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度：orBB稱磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率r稱磁介質(zhì)的絕對磁導(dǎo)率 or注意：注意： r只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)。只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)。4.磁介質(zhì)分類磁介質(zhì)分類:第一類第一類:順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì), 磁化后產(chǎn)的磁性都很弱磁化后產(chǎn)的磁性都很弱,屬于弱磁材料屬于弱磁材料;(1)順磁質(zhì)順磁質(zhì):方向一致稱順磁質(zhì)與 BBo如如:鋁、鋁、 氧氧 等。等。順磁質(zhì)順磁質(zhì) r如：如：氧、鋁等氧、鋁等（r=1 10-5）抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) r如：如：銅銅r=1 10-5方向相反稱抗磁質(zhì)與 BBo(2)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì):如如:汞、銅、氫等汞、銅、氫等鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) r1 ,如如 :純鐵純鐵（r= 10）第二類第二類:

3、鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì), 磁化后能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁性磁化后能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁性,是強(qiáng)磁性材料。是強(qiáng)磁性材料。如如:純鐵、硅鋼、坡莫合金。純鐵、硅鋼、坡莫合金。17.4 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dIMdrLI0BBBo有磁介質(zhì)時(shí)的恒定磁場中，任意點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度：有磁介質(zhì)時(shí)的恒定磁場中，任意點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度：IrBL 0d siIIo 自由電流自由電流 Io的的磁場磁場 束縛束縛(磁化）電流磁化）電流I 磁場磁場 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理:LsrdMIIrMBLd)(0 LLIld)MB(00 MBH 0 定義定義磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 LLIl dH0 在穩(wěn)恒磁場中，磁場強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑在穩(wěn)恒磁場中

4、，磁場強(qiáng)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)。單位單位：安培：安培/米米(A/m)HB 無限長直電流的磁場無限長直電流的磁場圓電流中心的磁場圓電流中心的磁場長螺線管電流中部的磁場長螺線管電流中部的磁場環(huán)形長螺線管中部的磁場環(huán)形長螺線管中部的磁場aIH 2 RIH2 nIH nIH aIB 2 RIB2 nIBnIB無限大均勻磁介質(zhì)中磁場的畢無限大均勻磁介質(zhì)中磁場的畢 薩定律薩定律34rrlIdBd llrrlIdBdB34 0Il dHL0 l dEL 0qSd

5、DS0 SdBS DEHB EBDH 1 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，相對磁導(dǎo)，相對磁導(dǎo)率為率為r的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)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(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度rHl dHL 2 NI rNIH 2 nI HHBr 0 rO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，通有電流I ，設(shè)電流，設(shè)電流 I 均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為，柱，柱外為真空。外為真空。求：

6、柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)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 203. 有有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象剩磁、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)率有很大的磁導(dǎo)率。 放入線圈中時(shí)可以使磁場增強(qiáng)放入線圈中時(shí)可以使磁場增強(qiáng)102 104倍。倍。4.溫度超過溫度超過居里點(diǎn)居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。1

7、. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率不是一個(gè)常量不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線，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。17、5 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)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(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁滯回線磁滯回線剩剩 磁磁rB1、磁滯回線、磁滯回線2 2、磁、磁 疇疇 根據(jù)現(xiàn)代理論，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(qiáng)的在很強(qiáng)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(shí)

8、，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，時(shí)，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(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。形成自發(fā)磁化達(dá)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) 示意圖示意圖臨界溫度臨界溫度(鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)居里點(diǎn)) 每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由高磁每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，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?。而變?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

9、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(diǎn)。滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。3、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(qiáng)度大，感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力矯頑力(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?。℉dB面積?。?。面積?。＿€用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。的磁芯、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(chǔ)元件作存儲(chǔ)元件Br=BS ，Hc不大，磁滯回線是矩形。不大，磁滯回線是矩形。用于用于計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)中的記憶元件記憶元件，磁化時(shí)極性的反轉(zhuǎn)構(gòu)成磁化時(shí)極性的反轉(zhuǎn)構(gòu)成了了“0”與與“1”HBCHCH 矯頑力矯頑力(Hc)大（大（102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滯回線的面積大，損耗大。磁滯回線的面積大，損耗大。還用于磁電式電表中的永磁鐵。還用于磁電式電表中的永磁鐵。耳機(jī)中的永久磁鐵，