北京化工大学-普通物理学14磁场中的磁介质.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第14章,磁场中磁介质,1,第1页,14.1,磁介质对磁场影响,14.2,原子磁矩,14.3,磁介质磁化,14.4,磁介质中安培环路定理,14.5 铁磁质,14.6 简单磁路,本章主要内容,2,第2页,基本要求,1.了解磁介质磁化现象及其微观解释。,2.了解各向同性介质中磁感应强度和磁场强,3.了解,铁磁质,特征。,度联络和区分，了解,磁介质中安培,环路定理,。,3,第3页,14.1,磁介质对磁场影响,1.,磁介质,在考虑物质受磁场影响或它对磁场,影响时，,物质统称为磁介质。,2.,磁介质对磁场影响,B,0,：,管内为,真空,或,空气,时,磁感应强度,磁介质相对磁导率,铜,铝,纯铁,B,：,管内充满磁介质时磁感应强度,4,第4页,3.磁介质分类,顺磁质,抗磁质,减弱原场,增强原场,如 锌、铜、水银、铅等,如 锰、铬、铂、氧等,弱磁性物质,顺磁质和抗磁质相对磁导率都非常靠近于1。,铁磁质,通常不是常数,含有显著增强原磁场性质,如 纯铁、硅钢、坡莫合金等,5,第5页,14.2,原子磁矩,闭合电流磁矩：,在,外磁场,中受到,磁力矩：,核外电子轨道运动：,r,v，,估算磁矩大小。,经典理论：,原子内电子轨道运动形成电流：,电子轨道运动磁矩：,电子轨道运动角动量：,电子轨道磁矩：,6,第6页,分子磁矩,可用一个等效,圆电流,I,（,分子电流,）来表示。,I,m,分子磁矩,电子轨道磁矩,电子自旋磁矩,核自旋磁矩,矢量和,分子在正常情况下，其磁矩矢量和不为零，,分子在正常情况下，其磁矩矢量和为零，即,分子固有磁矩为零,。,磁介质,顺磁质：,分子固有磁矩,。,抗磁质：,7,第7页,1.顺磁质,有外场：,磁矩转向，磁化。,分子固有磁矩不为零,取向无规则，不显示磁性。,无外场：,8,第8页,电子轨道半径不变,外场方向与电子轨道磁矩方向相反：,外场方向与电子轨道磁矩方向相同,：,2.抗磁质,结论：,在外磁场作用下，电子轨道运动和自旋运动以及原子核自旋运动都会发生改变，产生一附加磁矩 ，附加磁矩总是与外磁场 方向相反。,注：顺磁质也有抗磁效应，但较顺磁效应小得多。,+,+,感生磁矩,无外场：,不显示磁性,有外场：,9,第9页,14.3,磁介质磁化,一、,磁介质磁化,二、磁化强度,三、磁化强度与束缚电流,10,第10页,一、,磁介质磁化,顺,磁,质,磁介质磁化,：磁介质放到外磁场中时，在,磁介质表面,出现,束缚电流,现象。,顺磁质,束缚电流方向,与,外磁场方向,符合,右手螺旋关系,，其产生磁场要,加强,磁介质中磁场；,抗磁质,束缚电流方向,与,外磁场方向,符合,左手螺旋关系,，其产生磁场要,减弱,磁介质中磁场；,顺磁质,放到外磁场中时，它分子,固有磁矩,要沿着磁场方向取向；,抗磁质,放到外磁场中时，它分子要产生,感生磁矩,。,束缚电流（或磁化电流）,：磁介质放到外磁场中时，在磁介质表面出现一电流。,11,第11页,二、磁化强度,磁化强度,：单位体积内分子磁矩矢量和,试验给出,：在普通试验条件下，,各向同性,顺磁质或抗磁质,（以及,铁磁质在磁场较弱,时）,磁化强度,都和,外磁场,成正比，即,：真空磁导率,：,相对磁导率,：,磁导率，单位与 相同,磁化强度越强，说明磁介质磁化程度越强,(A/m),12,第12页,三、磁化强度与束缚电流,d,l,L,只有围绕曲线,L,分子电流才对经过曲面,S,电流强度,I,有贡献。,先计算围绕d,l,分子电流,对,I,贡献。,以d,l,为母线作一斜圆柱体，其两底与分子电流所在平面平行，底半径等于分子电流半径,a,。只有中心处于该斜圆柱体分子电流才围绕d,l,，,S,闭合路径,L,包围（经过曲面,S,）总束缚电流：,以,n,表示单位体积分子数,13,第13页,14.4,磁介质中安培环路定理,磁场强度,稳恒磁场、磁介质中安培环路定理,磁介质中安培环路定理,：,磁场强度沿任何闭合回路线积分，等于该回路,所包围自由电流代数和。,14,第14页,磁介质,磁化率,和 关系深入推导：,15,第15页,说 明,1、在,国际单位制,中，磁场强度单位为A/m。,2、引入,磁场强度,后，安培环路定律右边只包含,自 由电流,，便于计算。,3、,磁场强度,仅仅是一个,辅助量,，真正有意义是,磁感应强度,。,讨论：,试验表明，在各向同性均匀磁介质中，和 成正比。,16,第16页,例14.1,同轴电缆由两同心导体组成，内层是半径为,R,1,导体圆柱，外层是半径分别为,R,2,、,R,3,导体圆筒。两导体内电流等量而反向，均匀分布在横截面上，导体相对磁导率为,r1,，两导体间充满相对磁导率为,r2,不导电均匀磁介质。试求在各区域中,B,分布。,解：,由安培环路定理，取半径为,r,环路，则：,17,第17页,例14.2,一无限长直螺线管，单位长度上匝数为,n,，螺线管内充满相对磁导率为,r,均匀介质。导线内通电流,I,，求管内磁感应强度。,解:,安培环路定理,B,c,a,b,d,l,H,P,18,第18页,14.5 铁磁质,一、,磁化曲线,二、磁滞回线,三、铁磁质宏观性质,四、铁磁性材料,五、铁磁质微观结构 磁畴,19,第19页,铁、钴、镍和它们一些合金、稀土族金属（在低温,下）等含有显著而特殊磁性：,它们,相对磁导率都比较大,，且随B大小而改变。,都有显著,磁滞效应,。,I,由,求出,H,，,再由其它方法测出,B，,做,B,-,H,(或,M,-,H,)曲线,20,第20页,一、,磁化曲线,（,B,或,M,随,H,改变曲线）,B,H,和,r,H,曲线是非线性关系,max,饱和磁感强度,O,M,N,P,O,r,=,B,/,0,H,从试样完全没有磁化开始，逐步增大,H,，做出,H,曲线叫,初始磁化曲线,21,第21页,当铁磁质抵达饱和后，慢慢减小,H,值，,B,并不沿最初磁化曲线逐惭减小，,即铁磁质磁化过程并不是可逆。,磁滞回线,从此曲线看，,B,改变总落后于,H,改变，这种现象叫,磁滞效应,。,注意,：各种铁磁质都有一临界温度，称,居里点（居里温度）,，在这温度以上铁磁质失去铁磁性变为顺磁质。,二、磁滞回线,22,第22页,退磁方法：,3.加交变衰减磁场,使介质中磁场逐步衰减为,0,，应用在录音机中交流抹音磁头中。,B,H,o,c,t,H,o,1.升高温度，到达居里温度以上。,2.加反向磁场：提供矫顽力。,4.敲击法：经过振动提供使磁畴瓦解能量。,23,第23页,三、铁磁质宏观性质,1.,可使原磁场大幅度增加,2.与磁化历史相关,B-H,非线性,3.磁滞现象,4.居里温度,四、铁磁性材料,软磁材料：,易于磁化，易于退磁，,制作电磁铁，变压器,硬磁材料：,B,H,0,软磁,B,H,0,硬磁,大，,B,max,大，,H,c,小，磁滞回线窄,B,r,大，,H,c,大，磁滞回线宽，制作永磁体,24,第24页,电子,自旋磁矩,在一些小区域自发整齐排列，形成自发磁化小区域，称为,磁畴,。线度在10,-4,m。,无,整个铁磁质,总磁矩为零,（未经磁化铁磁质）,无外磁场,五、铁磁质微观结构 磁畴,25,第25页,有外磁场,磁化方向与,有,同向磁畴扩大,磁化方向转向,方向,26,第26页,导 体 半导体 绝缘体,铁磁质 顺磁质 抗磁质,电介质：极化,无磁荷,辅助量,辅助量,I,0,Q,0,磁介质：磁化,磁 场 与 电 场 比 较,基本场量,有电荷,基本场量,27,第27页,磁路,：由铁心（或一定间隙）组成磁感线集中,通路。,14.6 简单磁路,28,第28页,例14.3,如图示铁环，设环长度为,l,=0.5m，,s,=410,-4,m,2,，环间隙宽度为1.0mm，环上绕有线圈,N,=200匝，线圈中电流为0.5A，铁心,r,=5000，求间隙处,B,数值。,解：,忽略漏磁通，铁心各截面磁通相等,因为间隙宽度很小，仍可认为磁通集中在面积S内，,做一条沿环轴线回路，应用磁场强度,H,环路定理,29,第29页,磁通,磁阻,磁动势,30,第30页,完成作业：,3.9-9，3.9-10，,3.9-11,课下认真研究教材中相关,例题,。,谢 谢 大 家,31,第31页,