大学物理鉄磁质福州大学李培官省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

大学物理大学物理-铁磁质铁磁质福州大学至诚学院福州大学至诚学院 大学物理教研室大学物理教研室 李培官李培官 今天是10 十月 第1页2第七章第七章.稳恒磁场稳恒磁场7.5.3-铁磁质铁磁质第2页3铁磁质铁磁质是是磁化性能很强，是性能特异，用途广泛磁磁化性能很强，是性能特异，用途广泛磁介质。主要有介质。主要有 铁、钴、镍等金属和它们一些化合物。铁、钴、镍等金属和它们一些化合物。如图将铁磁质做成环状，外部绕以线圈，如图将铁磁质做成环状，外部绕以线圈，通入电流，通入电流，铁磁质被磁化，铁磁质被磁化，副线圈接冲击电流计，可测环中磁感副线圈接冲击电流计，可测环中磁感应强度。应强度。由电磁感应现象可测量由电磁感应现象可测量B。铁磁质磁化规律可用铁磁质磁化规律可用试验方法试验方法研究。研究。磁场强度为磁场强度为：一、铁磁质磁化规律一、铁磁质磁化规律第3页4铁磁质磁滞现象第4页5OHACBS使励磁电流从零开始，此时使励磁电流从零开始，此时B B=H H=0=0，然后逐步增大电流，然后逐步增大电流，以增大以增大H H 。测得。测得B B与与H H对应关系对应关系如图所表示：如图所表示：随随H H增大，增大，B B先迟缓增大先迟缓增大(OAOA段段)，然后快速增大然后快速增大(ABAB段段)，过，过B B点过点过后，后，B B又迟缓增大又迟缓增大(BC(BC段段)。从从S S开始，开始，B B几乎不随几乎不随H H增大而增大，介质磁化到达增大而增大，介质磁化到达饱和。与饱和。与S S对应对应H HS S称称饱和磁场强度饱和磁场强度，对应，对应B BS S称称饱和磁感应强度。饱和磁感应强度。1 1、起始磁化曲线、起始磁化曲线试验测定结果试验测定结果第5页6 2.磁滞回线：磁滞回线：再次磁化时，铁磁质含有以下特点：再次磁化时，铁磁质含有以下特点：1）存在存在磁滞现象。磁滞现象。B 改变落后于改变落后于H 改变现象，叫做改变现象，叫做磁滞磁滞。3）要要使使铁铁磁磁质质中中磁磁感感应应强强度度等等于于零零，必必须须加加上上反反向向电电流流（反反向向磁磁场场强度），强度），使使铁铁磁磁质质中中磁磁感感应应强强度度等等于于零零反反向向磁场强度值称为磁场强度值称为矫顽力。矫顽力。磁滞回线磁滞回线2）当磁场强度等于零时，铁磁质中当磁场强度等于零时，铁磁质中磁磁 感应强度不为零，这种情形称为感应强度不为零，这种情形称为剩磁。剩磁。第6页75）由由B H 图图 能能够够看看出出，铁铁磁磁质质相相对对磁磁导导率率不是常数不是常数，它与磁场强度成非线性关系。它与磁场强度成非线性关系。4）由图可知，磁化曲线为非线性。该闭合由图可知，磁化曲线为非线性。该闭合曲线称为曲线称为磁滞回线。磁滞回线。铁磁质中铁磁质中 随随H 改变曲线改变曲线 磁滞回线磁滞回线第7页8磁滞回线第8页9（3）有剩磁、磁饱和及磁滞现象。有剩磁、磁饱和及磁滞现象。（2）有很大磁导率。有很大磁导率。放入线圈中时能够使磁场增强放入线圈中时能够使磁场增强102 104倍。倍。（4）温度超出温度超出居里点居里点时，铁磁质转变为顺磁时，铁磁质转变为顺磁质。质。(1)磁导率磁导率不是一个常量不是一个常量，它值不但决定于，它值不但决定于原线圈中电流，原线圈中电流，还决定于铁磁质样品磁化历史。还决定于铁磁质样品磁化历史。B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。3.铁磁质铁磁质宏观宏观特征：特征：第9页10铁磁质居里点第10页11(5).磁致伸缩磁致伸缩 磁致伸缩。磁致伸缩。长度相对改变约长度相对改变约10-5量级，量级，温下可达温下可达10-1；一些材料在低一些材料在低磁致伸缩有一定固有频率磁致伸缩有一定固有频率，化频率和固有频率一致时，发生共振，化频率和固有频率一致时，发生共振，当外磁场变当外磁场变可用于制作激振器、超声波发生器等可用于制作激振器、超声波发生器等。第11页13常见铁磁材料第13页141）软磁材料）软磁材料 磁滞回线窄、磁滞回线窄、矫顽力矫顽力小材料。小材料。如电工纯铁、如电工纯铁、硅钢片，铁氧体等。硅钢片，铁氧体等。广泛应用于变广泛应用于变压器，互感器，接触器，继电器等铁心。压器，互感器，接触器，继电器等铁心。铁铁磁磁质质软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料二二.铁磁质分类及其应用铁磁质分类及其应用第14页15(2)硬磁材料硬磁材料作永久磁铁作永久磁铁钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力矫顽力(Hc)大（大（102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滞回线面积大，损耗大。磁滞回线面积大，损耗大。还用于磁电式电表中永磁铁。还用于磁电式电表中永磁铁。耳机中永久磁铁，永磁扬声器耳机中永久磁铁，永磁扬声器，指南针等。，指南针等。第15页16(3)矩磁材料矩磁材料作存放元件作存放元件Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。不大，磁滞回线是矩形。用于用于记忆元件记忆元件，当，当+脉冲产生脉冲产生HHC使使磁芯呈磁芯呈+B态，态，则则脉冲产生脉冲产生H HC使使磁芯呈磁芯呈 B态，可做为二进制态，可做为二进制两个态。两个态。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体第16页17 依据当代理论，铁磁质磁性主要起源于电子自依据当代理论，铁磁质磁性主要起源于电子自旋磁矩。相邻原子电子之间存在很强旋磁矩。相邻原子电子之间存在很强“交换耦合作交换耦合作用用”，使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩能在，使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列，形成自发磁化到达饱和小区域内自发地平行排列，形成自发磁化到达饱和状态微小区域。这些区域称为状态微小区域。这些区域称为“磁畴磁畴”三三.铁磁质微观结构和磁化机理铁磁质微观结构和磁化机理单晶磁畴结构示意图单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图第17页18纯铁纯铁硅铁硅铁钴钴三种铁磁性物质磁畴三种铁磁性物质磁畴第18页19铁磁质磁化微观机制第19页20续14 各磁各磁畴磁化畴磁化方向混方向混乱，整乱，整体不显体不显磁性。磁性。磁畴自发磁化方磁畴自发磁化方向与外场方向相同向与外场方向相同或相近磁畴体积扩或相近磁畴体积扩大，反之缩小。磁大，反之缩小。磁畴壁发生运动。畴壁发生运动。磁畴自磁畴自发磁化发磁化方向转方向转向外场向外场方向。方向。全部全部磁畴方磁畴方向均转向均转向外场向外场方向。方向。第20页21 自发磁化原因自发磁化原因是因为相邻原子中电子之间存在着一是因为相邻原子中电子之间存在着一个交换作用（一个量子效应），使电子磁矩平行排个交换作用（一个量子效应），使电子磁矩平行排列起来而到达自发磁化饱和状态列起来而到达自发磁化饱和状态第21页22 当存在外磁场时，当存在外磁场时，在外场作用下磁畴取向在外场作用下磁畴取向与外磁场一致，与外磁场一致，显现一定磁性。显现一定磁性。第22页24临界温度临界温度(铁磁质铁磁质居里点居里点)每种磁介质当温度升高到一定程度时，每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。状态全部消失，而变为顺磁性。不一样铁磁质含有不一样转变温度不一样铁磁质含有不一样转变温度如：铁为如：铁为 1040K，钴为，钴为 1390K，镍为镍为 630K 用磁畴理论能够解释用磁畴理论能够解释铁磁质磁化过程铁磁质磁化过程、磁滞现象磁滞现象、磁滞损耗磁滞损耗以及以及居里点。居里点。第24页25 在外磁场作用下在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时，磁矩与外磁场同方向排列时磁能将低于磁矩与外磁反向排列时磁能，结果是自磁能将低于磁矩与外磁反向排列时磁能，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度磁畴处于有利地位，发磁化磁矩和外磁场成小角度磁畴处于有利地位，这些这些磁畴体积逐步扩大磁畴体积逐步扩大，而自发磁化磁矩与外磁场，而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度成较大角度磁畴体积逐步缩小磁畴体积逐步缩小。伴随外磁场不停增。伴随外磁场不停增强，取向与外磁场成较大角度强，取向与外磁场成较大角度磁畴全部消失，磁畴全部消失，留存留存磁畴将向外磁场方向旋转，以后再继续增加磁场，磁畴将向外磁场方向旋转，以后再继续增加磁场，全部磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时全部磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化到达磁化到达饱和。饱和。第25页26a：未磁化时状态：未磁化时状态b：畴壁可逆位移阶段：畴壁可逆位移阶段 OM段段c：不可逆磁化：不可逆磁化 MN 段段d：磁畴磁矩转动：磁畴磁矩转动 NS 段段e：趋于饱和阶段：趋于饱和阶段 SP 段段 在外磁场撤消后，在外磁场撤消后，在外磁场撤消后，铁磁质内掺杂在外磁场撤消后，铁磁质内掺杂和内应力或因为介质存在缺点和内应力或因为介质存在缺点,妨碍磁畴恢复到原来状妨碍磁畴恢复到原来状态态，有剩磁。，有剩磁。a b c d e第26页271935年年 朗道和栗朗道和栗佛希兹佛希兹从磁场能从磁场能量观点说量观点说明了磁畴明了磁畴成因成因第27页28Tips for Better Life for 欢欢欢欢迊迊迊迊指导指导指导指导谢谢谢谢谢谢谢谢今天是10 十月 第28页