大学物理磁介质中的恒定磁场概要.pptx

第七次作第七次作 业业 答答 案案11-9方向垂直纸面向里。方向垂直纸面向里。11-15取各自向外的法向为正方向取各自向外的法向为正方向以截面的轴为圆心作半径为以截面的轴为圆心作半径为r的圆为积分回路的圆为积分回路11-19 第第第第 十二十二十二十二 章章章章磁介质中的恒定磁场磁介质中的恒定磁场磁介质中的恒定磁场磁介质中的恒定磁场12-1 磁介质及其磁化磁介质及其磁化一、磁介质及其分类一、磁介质及其分类电介质电介质 电场电场 极化极化 产生附加电场产生附加电场磁介质磁介质 磁场磁场 磁化磁化 产生附加磁场产生附加磁场介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度 实验表明：不同的物质对磁场的影响差异很大，实验表明：不同的物质对磁场的影响差异很大，将磁介质放入外磁场将磁介质放入外磁场B0中，其磁感强度中，其磁感强度B与与B0的关的关系为：系为：介质的相对磁导率介质的相对磁导率 磁介质的分类磁介质的分类顺顺磁质磁质 抗抗磁质磁质铁磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）（铝、铬、锰、氧等）（铝、铬、锰、氧等）（铜、铅、铋、氢等）（铜、铅、铋、氢等）减弱原场减弱原场增强原场增强原场弱弱磁磁性性物物质质顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1。通常不是常数通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质强磁性物质超导材料超导材料完全抗磁性完全抗磁性二、分子磁矩二、分子磁矩 分子附加磁矩分子附加磁矩 原子中的电子由于绕核运动和自旋而形成电子磁矩，原子中的电子由于绕核运动和自旋而形成电子磁矩，一个分子内所有电子磁矩的矢量和，称为一个分子内所有电子磁矩的矢量和，称为分子磁矩分子磁矩。磁介质磁介质电子磁矩不完全抵消，整个分子有固有磁矩电子磁矩不完全抵消，整个分子有固有磁矩电子磁矩互相抵消，分子固有磁矩为零电子磁矩互相抵消，分子固有磁矩为零组成组成顺磁质顺磁质的分子的分子具有具有一定的一定的磁矩磁矩分子磁矩分子磁矩 组成组成抗磁质抗磁质的分子，无外磁场时，分子电流为的分子，无外磁场时，分子电流为0，没有分子磁矩没有分子磁矩。在外磁场中在外磁场中在外磁场中在外磁场中,每个运动电子都要产生与外磁场每个运动电子都要产生与外磁场每个运动电子都要产生与外磁场每个运动电子都要产生与外磁场方向相反的附加磁矩方向相反的附加磁矩方向相反的附加磁矩方向相反的附加磁矩 同同向向时时 反反向向时时 有外磁场时分子中每个电子的轨道运动将受到影响，有外磁场时分子中每个电子的轨道运动将受到影响，产生附加磁矩产生附加磁矩无外磁场无外磁场有外磁场有外磁场顺磁质内磁场顺磁质内磁场三、顺磁质和抗磁质的磁化三、顺磁质和抗磁质的磁化顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化无外磁场时抗磁质无外磁场时抗磁质分子磁矩为零分子磁矩为零 抗磁质内磁场抗磁质内磁场抗抗 磁磁 质质 的的 磁磁 化化分子附加磁矩为分子附加磁矩为 有外磁场时每个运动电子都要产生与外磁场方向相有外磁场时每个运动电子都要产生与外磁场方向相反的附加磁矩反的附加磁矩与外磁场方向相反与外磁场方向相反分子附加磁矩可忽略分子附加磁矩可忽略注意注意u 在顺磁质中，在顺磁质中，分子磁矩分子磁矩矢量和远远矢量和远远大于大于分子附加磁矩分子附加磁矩矢量和。矢量和。u 在抗磁质中，分子附加磁矩是抗磁质的磁化的在抗磁质中，分子附加磁矩是抗磁质的磁化的唯一原因。唯一原因。12-2 12-2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理磁介质中的高斯定理和安培环路定理磁介质中的高斯定理和安培环路定理磁介质中的高斯定理和安培环路定理一、磁介质中的高斯定理一、磁介质中的高斯定理一、磁介质中的高斯定理一、磁介质中的高斯定理磁介质中磁场磁介质中磁场二、磁介质中的安培环路定理二、磁介质中的安培环路定理二、磁介质中的安培环路定理二、磁介质中的安培环路定理安培环路定律安培环路定律磁化面电流磁化面电流 Is螺线管内总的磁感应强度为：螺线管内总的磁感应强度为：绝对磁导率绝对磁导率设设js为圆柱面上单位长度的磁化面电流为圆柱面上单位长度的磁化面电流磁介质中的安培环路定律：磁介质中的安培环路定律：说明说明1、在国际单位制中，磁场强度的单位为、在国际单位制中，磁场强度的单位为A/m。2、引入磁场强度后，安培环路定律的右边只包、引入磁场强度后，安培环路定律的右边只包含传导电流，便于计算。含传导电流，便于计算。3、磁场强度仅仅是一个、磁场强度仅仅是一个辅助量辅助量，真正有意义的，真正有意义的是磁感应强度。是磁感应强度。例题例题 同轴电缆由两同心导体组成，内层是半径为同轴电缆由两同心导体组成，内层是半径为R1的导体的导体圆柱，外层是半径分别为圆柱，外层是半径分别为R2、R3的导体圆筒。两导体内电流等量的导体圆筒。两导体内电流等量而反向，均匀分布在横截面上，导体的相对磁导率为而反向，均匀分布在横截面上，导体的相对磁导率为 r1，两导，两导体间充满相对磁导率为体间充满相对磁导率为 r2的不导电的均匀磁介质。试求在各区的不导电的均匀磁介质。试求在各区域中的域中的B分布。分布。解：解：由安培环路定理，取半径为由安培环路定理，取半径为r的的环路，则：环路，则：12-3 12-3 铁铁铁铁 磁磁磁磁 质质质质一、铁磁质的特点一、铁磁质的特点一、铁磁质的特点一、铁磁质的特点 (2)在铁磁质的磁场中，它的磁感应强度在铁磁质的磁场中，它的磁感应强度B并不随并不随着磁场强度着磁场强度H 按比例变化，即两者具有按比例变化，即两者具有非线性非线性关系。关系。(1)(3)B的变化总落后于的变化总落后于H的变化，这种现象叫的变化，这种现象叫磁滞磁滞。(4)各种铁磁质都有一临界温度，称各种铁磁质都有一临界温度，称居里点居里点，在这，在这温度以上的铁磁质失去铁磁性变为顺磁质。温度以上的铁磁质失去铁磁性变为顺磁质。铁铁:T=1040K 镍镍:T=631K二、铁磁质的起始磁化特性二、铁磁质的起始磁化特性二、铁磁质的起始磁化特性二、铁磁质的起始磁化特性 磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线 利用实验的方法，可以测绘出铁磁质的利用实验的方法，可以测绘出铁磁质的B与与H之间之间的关系曲线的关系曲线磁化曲线。磁化曲线。(1)当磁场强度当磁场强度H从零逐渐从零逐渐增加时，磁感应强度增加时，磁感应强度B亦从零亦从零增加，其变化经历几个阶段：增加，其变化经历几个阶段：OA段段增加较慢增加较慢AF段段增加较快增加较快 F a段段增加极为缓慢，之后几乎不再增加，磁增加极为缓慢，之后几乎不再增加，磁化达到了化达到了饱和饱和。(2)当铁磁质到达饱和后，慢慢减小当铁磁质到达饱和后，慢慢减小 H 值，值，B并并不沿最初磁化曲线逐惭减小，不沿最初磁化曲线逐惭减小，即铁磁质的磁化过程即铁磁质的磁化过程并不是可逆的。并不是可逆的。Bs 饱和磁感应强度饱和磁感应强度磁滞回线磁滞回线从此曲线看，从此曲线看，B的变化的变化总落后于总落后于H的变化，这的变化，这种现象叫种现象叫磁滞磁滞。磁滞损耗：磁滞损耗：铁磁质反复磁化会使磁介质本身发热，铁磁质反复磁化会使磁介质本身发热，造成能量损耗。造成能量损耗。磁滞损耗的大小与磁滞回线面积成正比磁滞损耗的大小与磁滞回线面积成正比三、铁磁性材料三、铁磁性材料按磁滞回线分类按磁滞回线分类按磁滞回线分类按磁滞回线分类软磁材料软磁材料 磁磁滞滞损损耗耗小小，容容易易磁磁化化，容容易易退退磁磁，适适用用于于交交变变磁磁场场。如如制制造造电电机机，变变压压器器等等的铁芯。的铁芯。硬磁材料硬磁材料 磁磁滞滞损损耗耗较较大大，不不易易磁磁化化，不不易易退退磁磁，适适合合于于制制造造永永磁磁体。体。矩磁材料矩磁材料 适适合合于于制制作作记记录录磁磁带带及及计计算算机机的的记记忆忆元元件。件。BHOBHOBHO四、铁磁质的磁化机理四、铁磁质的磁化机理 磁畴磁畴 在铁磁质中存在着许多体积很小的区域，每个小在铁磁质中存在着许多体积很小的区域，每个小区域内部都分别自发地磁化到饱和状态，这小区域区域内部都分别自发地磁化到饱和状态，这小区域叫叫磁畴磁畴。在无外磁场时，各磁畴取向不同，磁矩抵消，不在无外磁场时，各磁畴取向不同，磁矩抵消，不呈磁性，当受外磁场作用时，铁磁体磁化。呈磁性，当受外磁场作用时，铁磁体磁化。无无外外磁磁场场有有外外磁磁场场自发磁化自发磁化磁矩转向磁矩转向畴壁移动畴壁移动磁饱和状态磁饱和状态