第15章 物质的磁性.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,15.1,磁介质对磁场的影响,15.2,原子的磁矩,15.3,磁介质的磁化,15.4 H,的环路定理,15.5,铁磁质,第,15,章 磁场中的磁介质,(magnetic medium in magnetic field),1,1.,磁介质,:,能影响磁场的物质称磁介质。,2.,磁化,:,磁介质在磁场中呈现磁性的现象。,15.1,磁介质对磁场的影响,磁介质发生磁化，产生附加磁场,B,N,S,B,o,B,B,B,o,外场,B,附加场,B,磁介质中的场,实验发现：磁介质中的磁感应强度：,注意：,r,只与磁介质的种类有关。,3.,磁介质分类,:,顺磁质,抗磁质,铁磁质,弱磁质,2,磁介质由大量分子或原子组成,分子内电子绕核旋转,分子电流,i,i,磁矩,m,=,iS,e,n,无外场,B,o,时，,分子的磁矩排列杂乱无章，,有外场,B,o,时,，,分子磁矩沿外场转向,，分子磁矩的矢量和,介质内分子磁矩的矢量和,B,o,16.3,磁介质的磁化,15.2,原子的磁矩,3,从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向。,等效,分子电流可等效成磁介质表面的,磁化电流,I,s,，,I,s,产生附加磁场,B,。,I,s,B,o,B,o,B,I,s,B,影响磁场,磁化电流,Is,可产生附加磁场,B,，,但无热效应,，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，因此，磁化电流也称为,束缚电流,。,4,一、问题的提出,在真空中的安培环路定理中：,将其应用在磁介质中时，,I,为所有电流的代数和；,如果求,B,需,用磁化电流,I,s,，,不方便求。,15-4.,磁介质中安培环路定理,二、磁介质中的安培环路定理,磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路所包围的传导,(,自由）电流的代数和。,定义,-,磁场强度,5,.,H,是为消除磁化电流的影响而引入的，它是一个辅助物理量。,几点说明,.,若,磁场强度的单位安培,/,米，,A/m,不一定环路上各点的,H,为,0,，,因为,H,是环路内、外电流共同产生的。,.,若,不一定环路内无电流。,m,-,磁化率,6,三、应用介质中安培环路定理解题方法,1,.,场对称性分析；,2,.,选取环路；,3,.,求环路内传导电流的代数和,I,c,；,4,.,由,求,H,；,由,求,B,；,7,解：,由螺线管的磁场分布可知，管内的场各处均匀一致，管外的场为,0,；,I,B,R,H,r,作,abcda,矩形回路,，,回路内的传导电流代数和为：,在环路上应用介质中的环路定理：,a,b,c,d,例题,:,一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为,n,，,螺线管内充满相对磁导率为,r,的均匀磁介质。导线圈内通电流,I,，,求管内磁感应强度。,8,I,B,R,H,r,a,b,c,d,有,9,一、磁介质的磁化曲线,不同磁介质的磁化曲线不同,抗磁介质,铁磁介质,顺磁介质,B,o,15-5,铁磁质,顺磁介质与抗磁介质的,B,与,H,具有线性关系，磁化曲线为直线，铁磁质,B,与,H,无线性关系，磁化曲线为曲线。,二、铁磁质的特性,非线性,:,B,和,H,不是线性关系。,磁导率,不是一个常量，,2.,高,值,:,有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强,r,H,10,三、铁磁介质的磁化机制,磁畴,铁磁质内存在许多自发磁化的小区域，称为,磁畴,。,磁畴的大小、形状不一，,磁畴的体积约为,10,-12,m,3,。,在无外磁场时，各磁畴排列杂乱无章，铁磁质不显磁性；在外磁场中，各磁畴沿外场转向，介质内部的磁场迅速增加，在铁磁质充磁过程中伴随着发声、发热。,B,o,11,随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加的速度变慢，最后外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到磁饱和状态。,磁饱和状态,H,B,o,a,b,c,d,起始磁化曲线,12,四、磁滞回线,观察当外磁场变化一个周期时，铁磁质内部的磁场变化曲线；,起始磁化曲线为,OC,B,H,O,C,当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化,磁滞现象。,当外磁场为,0,时，介质中的磁场并不为,0,，有一剩磁,B,r,;,矫顽力,加反向磁场,H,c,，,使介质内部的磁场为,0,，,继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；,改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。磁化曲线形成一条,磁滞回线,。,B,r,-,H,c,H,c,13,五、铁磁材料分类,1.,软磁材料,磁滞回线细长，剩磁很小。,如：软铁、坡莫合金、铁镍合金等。,由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。,2,.,硬磁性材料,磁滞回线较粗，剩磁很大，这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。,如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。,可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中的磁控管等。,14,3,.,非金属氧化物,-,铁氧体,磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，剩磁接近于磁饱合磁感应强度，具有高磁导率、高电阻率。,它是由,Fe,2,O,3,和其他二价的金属氧化物,等粉末混合烧结而成,。,应用：作计算机中的记忆元件 磁化时极,性的反转构成了,“,0,”,与,“,1,”,15,六、退磁方法,1,.,加热法,当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，该温度为,居里温度,t,c,。,当温度低于,t,c,时，又由顺磁质转变为铁磁质。,铁的居里温度,t,c,=770C,；,30%,的坡莫合金居里温度,t,c,=70C,利用铁磁质具有居里温度的特点，可将其制作温控元件，如电饭锅自动控温。,原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。,2,.,敲击法,通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。,16,4,.,加交变衰减的磁场,B,H,o,c,t,H,o,使介质中的磁场逐渐衰减为,0,，应用在录音机中的交流抹音磁头中。,3,.,加反向磁场,加反向磁场，提供一个矫顽力,H,c,使铁磁质退磁。,17,磁,场,小结,18,1.,磁场的计算,1),毕奥,-,萨伐尔定律,2),电流产生磁场,3),安培环路定理,4),运动电荷产生的磁场,2.,磁通量,实际应用时用分量计算,19,3.,磁场方程,1),磁场高斯定理,(,稳恒磁场无源,),2),安培环路定理,(,稳恒磁场有旋,),4.,载流线圈的磁矩,5.,电磁相互作用,1),安培定律,2),磁场对载流导线的安培力,3),磁场对载流线圈的作用力矩,4),磁场对运动电荷的洛仑兹力,20,1.,直电流的磁场,+,a,P,无限长载流直导线,直导线延长线上,本章一些重要的结论,21,2.,圆电流轴线上某点的磁场,方向：右手螺旋法则,大小：,(1),载流圆环圆心处的,(2),载流圆弧 圆心角,R,x,I,P,x,22,3.,长直载流螺线管,5.,环行载流螺线管,4.,无限大载流导体薄板,板上下两侧为均匀磁场,.,.,.,.,.,.,.,.,.,23,1,哪一幅曲线图能确切描述载流圆线圈在其轴线上任意点所产生的,B,随,x,的变化关系？（,x,坐标轴垂直于圆线圈平面，原点在圆线圈中心,o,）,C ,习题,24,2.,取一闭合积分回路,L,，,使三根载流导线穿过它所围成的面现改变三根导线之间的相互间隔，但不越出积分回路，则,B ,(A),回路,L,内的,I,不变，,L,上各点的,B,不,变,(B),回路,L,内的,I,不变，,L,上各点的,B,改变,.,(C),回路,L,内的,I,改变，,L,上各点的,B,不变,.,(D),回路,L,内的,I,改变，,L,上各点的,B,改变,.,3.,边长为,l,的正方形线圈中通有电流,此线圈在,A,点（见图）产生的磁感应强度,B,为,A,25,4,一载有电流,I,的细导线分别均匀密绕在半径为,R,和,r,的长直圆筒上形成两个螺线管,(,R,=,2,r,),，,两螺线管单位长度上的匝数相等两螺线管中的磁感应强度大小,B,R,和,B,r,应满足：,B ,26,5.,如图，边长为,a,的正方形的的四个角上固定有四个电量均为,q,的点电荷,.,此正方形以角速度,w,绕,AC,轴旋转时,在中心点,o,产生的磁感应强度大小为,B,1,;,此正方形同样以角速度,w,绕过点,o,垂直与正方形平面的轴旋转时,在点,o,产生的磁感应强度的大小为,B,2,则,B,1,与,B,2,间的关系为,:,(A),B,1,=B,2,(B),B,1,=,2,B,2,(C),B,1,=B,2,/2,(D),B,1,=B,2,/4,.,C ,27,6.,一铜条置于均匀磁场中，铜条中电子流的方向如图所示,.,试问下述那种情况将会发生,?,A ,(A),在铜条上,a,、,b,两点产生电势差,且,U,a,U,b,.,(B),在铜条上,a,、,b,两点产生电势差,且,U,a,U,b,.,(C),在铜条上产生涡流,.,(D),电子受到洛仑兹力而加速,.,28,7,.,.,如图，长载流导线,ab,和,cd,相互垂直，它们相距,l,，,ab,固定不动，,cd,能绕中点,O,转动，并能靠近或离开,ab,当电流方向如图所示时，导线,cd,将,(A),顺时针转动同时离开,ab,(B),顺时针转动同时靠近,ab,(C),逆时针转动同时离开,ab,(D),逆时针转动同时靠近,ab,D ,a,b,c,d,I,I,O,29,8,.,两半径为,R,的相同导体细圆环,互相垂直放置,且两接触点,A,、,B,连线为环的直径,现有电流,1,沿,AB,连线方向由,A,端流入,再由,B,端流出,则环中心处的磁感应强度大小为,:,A,(A)0,(C),(B),(D),(E),30,9.,一半径为,R,2,带电薄圆盘,其中半径为,R,1,的阴影部分均匀带正电荷,面电荷密度为,+,其余部分均匀带负电荷,面电荷密度为,当圆盘以角速度,旋转时,测得圆盘中心点,o,的磁感应强度为零,问,R,1,与,R,2,满足什么关系？,解：,当带电圆盘转动时,可看作无数个圆电流的磁场在,o,点,的迭加,半径为,r,宽为,d,r,的圆电流,dI,=,2,rdr,/2,=,rdr,磁场,dB,=,0,dI/,2,r=,0,R/,2,阴影部分产生的磁场感应强度为,其余部分：,r,dr,31,10,.,有两个半径相同的圆环形载流导线,A,、,B,，,它们可以自由转动和移动，把它们放在相互垂直的位置上，如图所示，将发生以下哪一种运动,（,A,）,A,、,B,均发生转动和平动，最后两线圈电流同方向并紧靠一起。,（,B,）,A,不动，,B,在磁力作用下发生转动和平动。,（,C,）,A,、,B,都在运动，但运动的趋势不能确定。,（,D,）,A,和,B,都在转动，但不平动，最后两线圈磁矩同方向平行。,A,32,