磁介质磁化强度.ppt
大学物理学电子教案,长江大学教学课件,磁介质,7-9-1 磁介质、磁化强度7-9-2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度7-9-3 铁磁质,讨论磁场和磁介质的相互作用：磁介质的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质磁介质对磁场的影响磁场强度、磁化强度及其规律铁磁质的特性,磁场中的磁介质,7-9-1 磁介质 磁化强度,一、磁介质,1、什么是磁介质能够磁化的物质称作磁介质。,2、磁介质的磁化,B 的方向，随磁介质的不同而不同。,3、磁介质的分类,标准B 与B0方向,顺磁质B与B0同向，BB0，如氧、铝、钨、铂、铬等,抗磁质B 与B0反向，BB0，如氮、水、铜、银、金、铋等。,铁磁质B 与B0同向，BB0，BB0，如铁、钴、镍等。顺磁质和抗磁质又称为弱磁质。,在物质的分子中电子绕原子核作轨道运动轨道磁矩；电子有自旋 自旋磁矩。分子内所有电子的全部磁矩的矢量和，称为分子的固有磁矩分子磁矩。分子磁矩可以用一个等效的圆电流来表示。,二、磁介质的磁化,1、分子电流和分子磁矩,2、顺磁质磁化机理来自分子的固有磁矩,无外磁场：分子的无规则热运动分子磁矩取向混乱物质并不显磁性未磁化状态,加外磁场：分子固有磁矩受外磁场的作用分子磁矩沿外磁场方向排列产生附加的磁场,3、抗磁质磁化机理附加轨道磁距,无外磁场：分子中每个的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和不为零，但分子的固有磁矩等于零，所以不显磁性。,加外磁场：分子中电子的轨道运动将受到影响引起与外磁场的方向相反的附加的轨道磁矩磁感应强度比外磁场强度要略小一点。,无外磁场时抗磁质分子磁矩为零,抗磁质内磁场,抗磁质的磁化,三、磁化强度,1、引入：用单位体积内的分子磁矩的矢量和来描述磁介质磁化的程度。,2、定义：磁介质中单位体积内的合磁矩的矢量和，称为磁化强度。,3、单位：安培/米(A/m-1),4、说明：磁化强度是描述磁介质的宏观量与介质特性、温度与统计规律有关,则磁介质产生附加磁场,磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线,(含磁介质的磁高斯定理),对于任意闭合曲面S,四、有磁介质时的磁高斯定理,7-9-2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度,一、磁介质中的安培环路定律,1、问题：长直螺线管管中充满磁化强度为M 的各向同性的均匀磁介质线圈中的电流为I计算螺线管内磁介质中的磁感应强度。,取闭合回路ABCDA,分布电流,传导电流,2、分布电流（磁化电流）,r,圆电流没有贡献，在闭合路径之外圆电流有贡献圆电流无贡献，流出流入代数和为0只有分子圆电流中心距直线AB的距离小于r 的分子圆电流才对IS 有贡献。,3、磁介质中的安培环路定律,磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任何闭合回路的线积分，等于通过该回路所包围的传导电流的代数和。,磁场强度,4、说明磁场强度是一个辅助物理量。磁场强度单位：A m-1磁场强度的环流只与穿过闭合回路的传导电流有关，而与磁化电流无关。,电介质中的高斯定理,磁介质中的安培环路定理,二、磁场强度与磁感应强度的关系,1、定义式,2、磁场强度与磁感应强度的关系,实验规律,磁化率,相对磁导率,绝对磁导率,顺磁质：m0，r1，M与B同向抗磁质：m0，r1，M与B反向,3、引进磁场强度的物理意义,在磁介质中，磁场强度的环流为,在磁介质中，磁感应强度的环流为,毕一萨定律,三、安培环路定律的应用,计算有磁介质存在时的磁感应强度B求出磁场强度H后由B=H求磁感应强度B。,例1、长直螺旋管内充满均匀磁介质(r)，设励磁电流I0，单位长度上的匝数为n。求管内的磁感应强度。,解：因管外磁场为零，取如图所示安培回路,例 2 有两个半径分别为 和 的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流 时，试 求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的 大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的 磁感强度.,解 对称性分析,同理可求,7-9-3 铁磁质,铁磁质的特性：1在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度；2当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态；3B与H之间不是简单的线性关系；4铁磁质都有一临界温度。在此温度之上，铁磁性完全消失而成为顺磁质居里温度或居里点。铁10430C镍6300C钴13900C铁磁质的起因可以用“磁畴”理论来解释。,一、磁畴,概念：铁磁质内的电子之间因自旋引起的相互作用非常强烈，在铁磁质内部形成了一些微小自发磁化区域，叫做磁畴。每一个磁畴中，各个电子的自旋磁矩排列得很整齐。磁畴大小约为10171021个原子/10-18米3。,磁畴的显示：磁畴的变化可用金相显微镜观测,在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消，能量最低，不显磁性。,二、磁化曲线,装置：环形螺绕环,高斯计实验测量B。,原理:励磁电流 I；用安培定理得H,铁磁质的磁滞现象,铁磁质磁化的磁滞现象动画示意,饱和,剩磁,矫顽力,磁滞回线,磁滞回线,初始磁化曲线：OM，H 增加，B 增加MN，H 变大，B 急剧增大，NP，H 增加，B增加，增加十分缓慢P，H增加，B到饱和状态当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就达到饱和状态。饱和磁化强度MS等于每个磁畴中原来的磁化强度，该值很大，这就是铁磁质磁性r大的原因。,磁化曲线的重要根据BH之间的关系，若已知一个量可求出另一个量。在设计电磁铁，变压器以及一些电气设备时，磁化曲线是很重要的实验依据。,B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞,剩磁Br：当磁场强度减小到零时，磁感应强度并不等于零，而是仍有一定的数值Br，Br叫做剩余磁感应强度，简称剩磁。,饱和磁感应强度BS：所有磁畴都与外场方向一致。相应的磁场强度称为饱和磁场强度，磁感应强度称为饱和磁感应强度。,矫顽力HC：当H=-Hc时，铁磁质的剩磁就消失了，铁磁质不显磁性。通常把Hc叫做矫顽力。,三、磁滞回线,铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的，要损失能量，称为磁滞损耗，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。,磁滞 现象是由于掺杂和内应力等的作用，当撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状，而表现出来。,四、铁磁性材料,软磁材料：特点：相对磁导率和饱和B一般都较大，但矫顽力小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。易磁化、易退磁。例子：如纯铁，硅钢坡莫合金，铁氧体等。应用：适宜制造电磁铁、变压器、交流发电机、继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒等。,1、金属磁性材料,硬磁材料：特点：剩磁和矫顽力比较大，磁滞回线所围的面积大，磁滞损耗大，磁滞特性非常显著例子：钨钢，碳钢，铝镍钴合金等。应用：适合作永久磁铁，磁电式电表中的永磁铁，耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。,铁氧体，又叫铁淦氧，是由三氧化二铁和其它二价的金属氧化物的粉末混合烧结而成，常称为磁性瓷。如锰镁铁氧体、锂锰铁氧体等,2、非金属磁性材料矩磁材料：,特点：Br=BS，Hc不大，磁滞回线是矩形。用途：用于记忆元件，当+脉冲产生HHC使磁芯呈+B态，则脉冲产生H HC使磁芯呈 B态，可做为二进制的两个态。,磁屏蔽,把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，引起了磁感应线的折射.,小 结,磁介质、磁化强度磁介质 磁介质的磁化 磁化强度磁介质中的安培环路定理 磁场强度磁介质中的安培环路定律磁场强度与磁感应强度的关系铁磁质铁磁质的特性 磁畴磁化曲线 磁滞回线 铁磁性材料,作业：大学物理习题集，练习15,
