電工基礎(chǔ)036第36課時(shí)鐵磁物質(zhì)

磁場(chǎng)的基本物理量和基本定律1．磁感應(yīng)強(qiáng)度B任何磁體都有兩個(gè)磁性最強(qiáng)的區(qū)域磁體具有磁性的物體磁極指向地球北極的磁極，用N表示在無(wú)外力阻礙下，其中指向地球南極的磁極，用S表示南極北極磁場(chǎng)

------磁體周圍存在磁力作用的空間它可看成一種傳遞磁力作用的特殊物質(zhì)，磁場(chǎng)是有強(qiáng)弱和方向的磁場(chǎng)方向在磁場(chǎng)中某點(diǎn)處放一個(gè)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，小磁針靜止時(shí)N極所指的方向圖10-2條形磁體的磁感線磁感線特征(1)磁感線上任意一點(diǎn)的切線方向，就是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。(2)磁感線是互不交叉的閉合曲線。在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極，如圖10-2所示。(3)磁感線的疏密程度反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感線越密表示磁場(chǎng)越強(qiáng)，越疏表示磁場(chǎng)越弱。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B(磁通密度)---垂直通過(guò)單位面積的磁感線的多少B=Φ/S在均勻磁場(chǎng)中，磁通Φ的單位為Wb，稱為韋伯；面積的單位為m2；磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是T，稱為特斯拉，簡(jiǎn)稱特。磁感應(yīng)強(qiáng)度B是個(gè)矢量。

B不但表示了某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，而且還能表示出該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向。某點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向磁感線上該點(diǎn)的切線方向。B的大小可以用特斯拉計(jì)進(jìn)行測(cè)量。均勻磁場(chǎng)

------各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向相同的磁場(chǎng)。均勻磁場(chǎng)中的磁感線在均勻磁場(chǎng)中，磁感線是等距離的平行直線平面上如何表示B的方向“×”表示B的方向是垂直進(jìn)入紙面“·”表示垂直從紙面出來(lái)2．磁通及磁通連續(xù)性原理磁通Φ----通過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的某一面積上的磁感線的總數(shù)用磁通量化磁場(chǎng)在一定面積上的分布情況。Φ=∫BdS磁通的連續(xù)性磁通連續(xù)性即穿過(guò)任意閉合面上的磁通恒等于零，即Φ=∮B.dS=0磁通的連續(xù)性可以這樣來(lái)理解，即穿進(jìn)某一閉合面的磁通，恒等于穿出此面的磁通。由于磁通的連續(xù)性，可知磁感應(yīng)線總是閉合曲線3．磁導(dǎo)率

用來(lái)表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量用字母μ表示，其單位名稱是亨利每米，簡(jiǎn)稱亨每米，用符號(hào)H/m表示。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得真空中的磁導(dǎo)率μ0=4π×10-7H/m，為一常數(shù)。相對(duì)磁導(dǎo)率μr----任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值，即μr=μ/μ0

式中μr---相對(duì)磁導(dǎo)率；

μ---任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率；

μ0---真空的磁導(dǎo)率。表明在其他條件相同的情況下，媒介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度的多少倍。順磁物質(zhì)

μr稍大于1。如空氣、鋁、鉻、鉑等。反磁物質(zhì)

μr稍小于1。如氫、銅等。順磁物質(zhì)與反磁物質(zhì)一般被稱為非磁性材料。鐵磁物質(zhì)

μr遠(yuǎn)大于1。如鐵、鈷、鎳、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等第四節(jié)鐵磁性物質(zhì)的磁化一、鐵磁性物質(zhì)的磁化二、磁化曲線三、磁滯回線一、鐵磁性物質(zhì)的磁化

1．磁化本來(lái)不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場(chǎng)的作用而具有了磁性的現(xiàn)象稱為該物質(zhì)被磁化。只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。

2．被磁化的原因

(1)內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱為磁疇的磁性小區(qū)域組成的，每一個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。

(2)外因：有外磁場(chǎng)的作用。如圖5-7(a)

所示，當(dāng)無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇排列雜亂無(wú)章，磁性相互抵消，對(duì)外不顯磁性；如圖5-7(b)

所示，當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇將沿著磁場(chǎng)方向作取向排列，形成附加磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)顯著加強(qiáng)。有些鐵磁性物質(zhì)在撤去磁場(chǎng)后，磁疇的一部分或大部分仍然保持取向一致，對(duì)外仍顯磁性，即成為永久磁鐵。

圖5-7鐵磁性物質(zhì)的磁化

不同的鐵磁性物質(zhì)，磁化后的磁性不同。

鐵磁性物質(zhì)被磁化的性能，被廣泛地應(yīng)用于電子和電氣設(shè)備中，如變壓器、繼電器、電機(jī)等。鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個(gè)分子電流圈流向一致，這些分子電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加起來(lái)，就形成了一個(gè)個(gè)天然的小磁性區(qū)域—磁疇。不同鐵磁物質(zhì)內(nèi)部磁疇的數(shù)量不同。通常情況下，鐵磁材料內(nèi)部的磁疇排列雜亂無(wú)章，其磁性相互抵消，因此對(duì)外不顯示磁性。

鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性。是因?yàn)樵谄鋬?nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)構(gòu)—磁疇。這些磁疇相當(dāng)于一個(gè)個(gè)小磁鐵。磁疇是怎么形成的？顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。(1)高導(dǎo)磁性有外磁場(chǎng)作用時(shí)磁疇在外界磁場(chǎng)的作用下，均發(fā)生歸順性轉(zhuǎn)向，使得鐵磁材料內(nèi)部形成一個(gè)很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。一.鐵磁物質(zhì)的磁性能二、磁化曲線

1．磁化曲線的定義磁化曲線是用來(lái)描述鐵磁性物質(zhì)的磁化特性的。鐵磁性物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫B—H曲線。5-4-1.swf

3．分析

(1)0~1段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當(dāng)H從零開始增加時(shí)，B增加緩慢，稱為起始磁化段。

(2)1~2段：隨著H的增大，B幾乎直線上升，這是由于磁疇在外磁場(chǎng)作用下，大部分都趨向H方向，B增加很快，曲線很陡，稱為直線段。圖5-8磁化曲線的測(cè)定

(3)2~3段：隨著H的增加，B的上升又緩慢了，這是由于大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向H方向，隨著H的增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù)轉(zhuǎn)向，B增加變慢。

(4)3點(diǎn)以后：到達(dá)3點(diǎn)以后，磁疇?zhēng)缀跞哭D(zhuǎn)到了外磁場(chǎng)方向，再增大H值，B也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為飽和段，此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度叫飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖5-8磁化曲線的測(cè)定圖

5-8

磁化曲線的測(cè)定

不同的鐵磁性物質(zhì)，B的飽和值不同，對(duì)同一種材料，B的飽和值是一定的。電機(jī)和變壓器，通常工作在曲線的2~3段，即接近飽和的地方。

4．磁化曲線的意義在磁化曲線中，已知H值就可查出對(duì)應(yīng)的B值。因此，在計(jì)算介質(zhì)中的磁場(chǎng)問(wèn)題時(shí)，磁化曲線是一個(gè)很重要的依據(jù)。圖5-9給出了幾種不同鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線，從曲線上可看出，在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度H下，硅鋼片的B值最大，鑄鐵的B值最小，說(shuō)明硅鋼片的導(dǎo)磁性能比鑄鐵要好得多。圖5-9幾種鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線幾種常用鐵磁材料的基本磁化曲線磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)由零逐漸增強(qiáng)的磁化過(guò)程，而很多實(shí)際應(yīng)用中，鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場(chǎng)中的。所以，必須研究鐵磁性物質(zhì)反復(fù)交變磁化的問(wèn)題。1．磁滯回線的測(cè)定

三、磁滯回線5-4-2.swf

2．分析圖5-10為通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線。

(1)當(dāng)B隨H沿起始磁化曲線達(dá)到飽和值以后，逐漸減小H的數(shù)值，由圖可看出，B并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在它上面的曲線ab下降。

(2)

當(dāng)H減小到零時(shí)，B

0，而是保留一定的值稱為剩磁，用Br表示。永久性磁鐵就是利用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。圖5-10磁滯回線

(3)為消除剩磁，必須加反向磁場(chǎng)，隨著反向磁場(chǎng)的增強(qiáng)，鐵磁性物質(zhì)逐漸退磁，當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，B值變?yōu)?，剩磁完全消失，如圖bc段。

bc段曲線叫退磁曲線，這時(shí)H值是為克服剩磁所加的磁場(chǎng)強(qiáng)度，稱為矯頑磁力，用HC表示。矯頑磁力的大小反映了鐵磁性物質(zhì)保存剩磁的能力。

(4)當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增大時(shí)，B值從0起改變方向，沿曲線cd變化，并能達(dá)到反向飽和點(diǎn)d。圖5-10磁滯回線

磁滯回線中H為零時(shí)B并不為零的現(xiàn)象說(shuō)明鐵磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲線oa段是線性段ab段是上升段bc段是磁化曲線的膝部C點(diǎn)以后是飽和段起始磁化曲線反映了什么？

起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點(diǎn)以后說(shuō)明鐵磁材料具有磁飽和性。磁滯回線中B的變化總是落后于H的變化說(shuō)明鐵磁材料具有磁滯性。鐵磁材料反復(fù)磁化一周所構(gòu)成的曲線稱為磁滯回線。二、鐵磁材料的磁飽和性、磁滯性和剩磁性

3．磁滯損耗

鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時(shí)，磁疇要來(lái)回翻轉(zhuǎn)，在這個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)生了能量損耗，稱為磁滯損耗。磁滯回線包圍的面積越大，磁滯損耗就越大，所以剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)，磁滯損耗就越大。因此，磁滯回線的形狀常被用來(lái)判斷鐵磁性物質(zhì)的性質(zhì)和作為選擇材料的依據(jù)。圖5-10磁滯回線

圖5-11基本磁化曲線軟磁材料具有磁導(dǎo)率很高、易磁化、易去磁的顯著特點(diǎn)，適用于制作各種電機(jī)、電器