大学物理磁介质公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第十四章第十四章 磁 介 质第1页第1页磁介质磁介质能与磁场产生互相作用物质。能与磁场产生互相作用物质。磁化磁化磁介质在磁场作用下所发生改变。磁介质在磁场作用下所发生改变。不同磁介质磁化后对原外磁场存在不同影响14-1 14-1 磁介质磁化和磁导率磁介质磁化和磁导率一、磁场中磁介质一、磁场中磁介质介质磁化后介质磁化后附加磁感强度附加磁感强度真空中磁真空中磁感强度感强度 磁介质中磁介质中总磁感强度总磁感强度第2页第2页二二.磁介质磁导率和磁介质分类磁介质磁导率和磁介质分类磁导率描述不同磁介质导磁性能真空磁导率真空磁导率介质相对磁导率介质相对磁导率依据依据 大小和方向可将磁介质分为三大类大小和方向可将磁介质分为三大类（1）顺磁质）顺磁质（2）抗磁质）抗磁质（3）铁磁质）铁磁质介质绝对磁导率介质绝对磁导率第3页第3页三三.磁介质磁化微观机制磁介质磁化微观机制 (掌握要点掌握要点)分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩分子磁矩分子磁矩轨道磁矩轨道磁矩自旋磁矩自旋磁矩电子绕核轨道运动电子绕核轨道运动电子本身自旋电子本身自旋无外磁场无外磁场有外磁场有外磁场1.顺磁质磁化顺磁质磁化第4页第4页无外磁场作用时，由无外磁场作用时，由于分子热运动，分子于分子热运动，分子磁矩取向各不相同磁矩取向各不相同,整整个介质不显磁性。个介质不显磁性。分分子子磁磁矩矩 在外磁场作用下分在外磁场作用下分子磁矩产生磁场方向和子磁矩产生磁场方向和外磁场方向一致，外磁场方向一致，顺磁顺磁质磁化结果，使介质内质磁化结果，使介质内部磁场增强。部磁场增强。第5页第5页 2.2.抗磁质及其磁化抗磁质及其磁化在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩电子绕核轨道运动电电子绕核轨道运动电子本身自旋子本身自旋外磁场场作用下产生外磁场场作用下产生附加磁矩附加磁矩电子附加磁矩总是电子附加磁矩总是削弱外磁场削弱外磁场作用。作用。抗磁性抗磁性是一切是一切抗抗磁介质共同含有特性。磁介质共同含有特性。总与外磁场总与外磁场方向方向反向反向第6页第6页四：磁化强度矢量四：磁化强度矢量分子磁矩分子磁矩矢量和矢量和体积元体积元 意义意义:磁介质中单位体积内分子磁介质中单位体积内分子磁矩磁矩矢量和矢量和.第7页第7页顺磁质顺磁质 五五.磁化电流磁化电流(束缚电流束缚电流)抗磁质抗磁质磁化面电流磁化面电流js磁化面电流密度磁化面电流密度第8页第8页14-2 14-2 磁场强度矢量、有磁介质时安培环路定磁场强度矢量、有磁介质时安培环路定理和高斯定理理和高斯定理1.介质中安培环路定理推导介质中安培环路定理推导抗磁质抗磁质传导电流传导电流磁化电流磁化电流第9页第9页引入辅助物理量磁场强度引入辅助物理量磁场强度有磁介质时安培环路定理有磁介质时安培环路定理第10页第10页只与穿过只与穿过 传导电流代数和相关传导电流代数和相关 .在在有介质有介质稳恒磁场中，磁场强度矢量沿任一闭稳恒磁场中，磁场强度矢量沿任一闭合路径线积分（即环流）等于包围在环路内各传导合路径线积分（即环流）等于包围在环路内各传导电流电流代数和，而与磁化电流无关。电流电流代数和，而与磁化电流无关。第11页第11页14-3 14-3 磁介质磁化规律以及磁化率和磁导率磁介质磁化规律以及磁化率和磁导率磁化率磁化率引入相对磁导率引入相对磁导率引入绝对磁导率引入绝对磁导率第12页第12页 例例1 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 “无限长无限长”同同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 磁磁介质介质.当两圆筒当两圆筒通有相反方向电流通有相反方向电流 时，时，试试 求求（1）磁介质中任意点磁介质中任意点 P 磁感应强度大小磁感应强度大小；（2）圆柱体外面一点圆柱体外面一点Q 磁感磁感应应强度强度.II第13页第13页解解II同理可求同理可求第14页第14页14-4 14-4 铁磁质铁磁质1.磁导率磁导率不是一个常量，它值不但决定于原线不是一个常量，它值不但决定于原线 圈中电流，还决定于铁磁质样品磁化历史。圈中电流，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。一、铁磁质普通规律一、铁磁质普通规律2.有很大磁导率。放入线圈中时能够使磁场增强有很大磁导率。放入线圈中时能够使磁场增强 第15页第15页4.温度超出居里点时，铁磁质转变为顺磁质。温度超出居里点时，铁磁质转变为顺磁质。3.3.有有磁滞磁滞,剩磁、磁饱和剩磁、磁饱和等现象。等现象。注意：铁磁物质磁化规律复杂，普通通过试验进行研究每种铁磁质当温度升高到一定程度时，由高磁导每种铁磁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状态所有消失，率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态所有消失，而变为顺磁性。而变为顺磁性。第16页第16页.矫顽力矫顽力饱和磁感应强度饱和磁感应强度剩剩 磁磁二、二、磁滞回线磁滞回线第17页第17页 由于磁滞，由于磁滞，时，时，磁感强度磁感强度 ，叫做剩余磁感强度叫做剩余磁感强度剩磁剩磁).当外磁场由当外磁场由 逐步减逐步减小时，这种小时，这种 B改变落后于改变落后于H改变现象，叫做改变现象，叫做磁滞现象磁滞现象，简称，简称磁滞磁滞.第18页第18页磁滞损耗：磁滞损耗：在交变电流励磁下重复磁化使其温度升在交变电流励磁下重复磁化使其温度升高磁滞损耗与磁滞回线所包围面积成正比。高磁滞损耗与磁滞回线所包围面积成正比。磁滞伸缩：磁滞伸缩：铁磁体于铁电体类似；在交变场作用铁磁体于铁电体类似；在交变场作用下，它形状会随之改变，称为磁致伸缩（下，它形状会随之改变，称为磁致伸缩（10-5数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中大有作为。大有作为。第19页第19页 三三.铁磁性材料分类及用途铁磁性材料分类及用途OO不同铁磁性物质磁滞回线形状相差很大.O软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料第20页第20页 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，小，磁滞回线面积窄而长，磁滞回线面积窄而长，损耗小。损耗小。用于用于作变压器铁芯。作变压器铁芯。继电器、电机、以及各种高继电器、电机、以及各种高频电磁元件磁芯、磁棒。频电磁元件磁芯、磁棒。(1)软磁材料软磁材料纯铁，硅钢坡莫合金纯铁，硅钢坡莫合金(FeFe，NiNi)，铁氧体等。，铁氧体等。第21页第21页(2)硬磁材料硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金(3)矩磁材料矩磁材料Hc不大，不大，磁滞回线是矩形。磁滞回线是矩形。用于记忆元件，用于记忆元件，矫顽力矫顽力(Hc)大，剩磁大，剩磁Br大大磁滞回线面积大磁滞回线面积大，损耗，损耗大。大。用于磁电式电表中永磁铁。耳机中永久磁铁，永磁扬用于磁电式电表中永磁铁。耳机中永久磁铁，永磁扬声器。声器。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体第22页第22页临界温度临界温度(铁磁质居里点铁磁质居里点)每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁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状态所有消失，导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态所有消失，而变为顺磁性。而变为顺磁性。不同铁磁质含有不同转变温度如：铁为 1040K，钴为 1390K，镍为 630K 用磁畴理论能够解释铁磁质磁化过程、磁滞用磁畴理论能够解释铁磁质磁化过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点。现象、磁滞损耗以及居里点。第23页第23页抗磁质抗磁质顺磁质顺磁质非常数，铁磁质非常数，铁磁质归纳：归纳：第24页第24页