第12章磁.ppt

《第12章磁.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第12章磁.ppt（31页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。

1、12-1磁介质 顺磁质和抗磁质的磁化,1.磁介质,磁 化：磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。,磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。,总磁感强度,附加磁感强度,外加磁感强度,磁化后介质内部的磁场与附加磁场和外磁场的关系：,抗磁质(铜、铋、硫、氢、银等),铁磁质(铁、钴、镍等),顺磁质(锰、铬、铂、氧、氮等),定义,在介质均匀充满磁场的情况下,相对磁导率,磁介质的分类,磁 介 质,2.分子电流和分子磁矩,分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。,分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符号 表示。,电

2、子的进动：在外磁场 的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。,附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号 表示。,分子电流和分子磁矩,可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，在外磁场 中，电子角动量 进动的转向总是和 磁力矩 的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永远与 B0 的方向相反。,3.抗磁质的磁化,抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附

3、加磁矩的矢量和 有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质。,4.顺磁质的磁化,在顺磁体内任意取一体积元，其中各分子磁矩的矢量和 将有一定的量值，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质。,1.磁化强度,反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。,均匀磁化,非均匀磁化,12-2 磁化强度 磁化电流,磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和，称为磁化强度，用 表示。,磁化强度的单位：,注意：对顺磁质，可以忽略；对抗磁质，对于真空，。,外磁场为零，磁化强度

4、为零。,外磁场不为零:,顺磁质,抗磁质,磁化强度,2.磁化电流,对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流（或安培表面电流）。,设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为（面磁化电流密度），则长为l 的一段介质上的磁化电流强度IS为,磁化电流,取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。,磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。,磁化电流,12-3 磁介质中的磁场 磁场强度,无磁介质时,有磁介质时,定义

5、 为磁场强度,表明：磁场强度矢量的环流和传导电流I有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是A/m.,磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。,有磁介质时的安培环路定理,磁介质中的安培环路定理,实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。,式中 只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。,磁场强度,对比：,相对磁导率,磁导率,值得注意：为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，

6、B 才是反映磁场性质的基本物理量。,磁场强度,对比：,例12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为，单位长度内匝数，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为 和。求环内的磁场强度和磁感应强度。,解：在环内任取一点，过该点作一和环同心、半径为 的圆形回路。,式中 为螺绕环上线圈的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。,磁介质中的安培环路定理的应用,解：,当环内是真空时,当环内充满均匀介质时,磁介质中的安培环路定理,例12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为，单位

7、长度内匝数，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为 和。求环内的磁场强度和磁感应强度。,例12-3 如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（导体 0）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。,解（1）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以r1为半径作一圆

8、，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有,磁介质中的安培环路定理YINYONG,（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2，则以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有,式中 是该环路所包围的电流部分，由此得,磁介质中的安培环路定理的应用,由B H，得,（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r3，以r3为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得,即,或,磁介质中的安培环路定理,与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：,(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。,(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。,(4)具有临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全消失而成为顺磁

9、质，Tc称为居里温度或居里点。不同的铁磁质有不同的居里温度Tc。纯铁：770C，纯镍：358C。,(3)相对磁导率和磁化率不是常数，而是随外磁场的变化而变化；具有磁滞现象，之间不具有简单的线性关系。,12-4*铁磁质,居 里,把未磁化的均匀铁磁质充满一螺绕环，如图：,线圈中通入电流(励磁电流)后，铁磁质就被磁化。,根据有介质时的安培环路定理，当励磁电流为I时，环内的磁场强度：,1.磁介质,铁芯中的B由磁通计上的次级线圈测出，这样，通过改变励磁电流，可得到对应的一组B和H的值，从而给出一条关于试样BH的关系曲线（磁化曲线）。,磁 介 质,使励磁电流从零开始，此时B=H=0，然后逐渐增大电流，以增

10、大H。测得B与H的对应关系如图所示：,随H的增大，B先缓慢增大(OA段)，然后迅速增大(AB段)，过B点过后，B又缓慢增大(BC段)。,从S开始，B几乎不随H的增大而增大，介质的磁化达到饱和。与S对应的HS称饱和磁场强度，相应的BS称饱和磁感应强度。,根据，可以求出不同H值对应的r值，由此可见铁磁质BH显著的非线性特点。,磁 介 质,2.磁滞回线,当铁磁质达到饱和状态后，缓慢地减小H，铁磁质中的B并不按原来的曲线减小，并且H=0时，B不等于0，具有一定值，这种现象称为剩磁。,-Hc,要完全消除剩磁Br，必须加反向磁场，当B=0时磁场的值Hc为铁磁质的矫顽力。,当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达

11、到反向饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线磁滞回线。,B的变化总落后于H的变化，称磁滞现象。,在反复磁化过程中能量的损失叫做磁滞损耗。缓慢磁化过程，经历一次磁化过程损耗的能量与磁滞回线包围的面积成正比。,-Hc,铁磁体在交变磁化磁场的作用下，它的形状随之改变，叫做磁致伸缩效应。,磁滞回线,3.磁畴,在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为磁畴。,磁 畴,在没有外磁场作用时，磁体体内磁矩排列杂乱，任意物

12、理无限小体积内的平均磁矩为零。,在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化达到饱和。,磁 畴,矫顽力很小(Hc102Am-1)，磁滞回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小。,软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等材料，适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁和发动机的铁芯

13、。,矫顽力大，剩磁大、磁滞回线宽，所围的面积大，磁滞损耗大。,4.软磁材料,5.硬磁材料,硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。磁化后能保持很强的磁性，适用于制成各种类型的永久磁铁。,矩磁材料的磁滞回线接近于矩形，特点是剩磁Br接近饱和值BS。,压磁材料具有较强的磁致伸缩效应，常用于制造超声波发生器。,硬磁材料,当矩磁材料在不同方向的外磁场磁化后，总是处于 和 两种剩磁状态，可作电子计算机的“记忆”元件。,硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。磁化后能保持很强的磁性，适用于制成各种类型的永久磁铁。,矩磁材料的磁滞回线接近于矩形，特点是剩磁Br接近饱和值BS。,压磁材料具有较强的磁致伸缩效应，常用于制造超声波发生器。,硬磁材料,当矩磁材料在不同方向的外磁场磁化后，总是处于 和 两种剩磁状态，可作电子计算机的“记忆”元件。,