物质的磁性教学内容.ppt

物质的磁性 11-1 磁介质的分类磁介质的分类 磁导率磁导率 11-2 顺磁质和抗磁质磁化的分子理论顺磁质和抗磁质磁化的分子理论 11-3 磁介质中的安培环路定理和磁场强度磁介质中的安培环路定理和磁场强度H 11-4 铁磁质铁磁质1.了解磁介质的磁化及其微观解释；了解磁介质的磁化及其微观解释；2.理解磁介质中安培环路定理的意义；理解磁介质中安培环路定理的意义；3.了解铁磁质的一些重要特性及应用。了解铁磁质的一些重要特性及应用。教学要求教学要求介质介质11111 1 磁介质的分类磁介质的分类 磁导率磁导率1.介质的磁化介质的磁化 磁化磁化结论结论:把磁介质放入磁场中时把磁介质放入磁场中时(1)介质将会被磁化介质将会被磁化;(2)磁场也会受影响而改变磁场也会受影响而改变介质介质 是因磁介质被磁化而建立的磁化附加场是因磁介质被磁化而建立的磁化附加场是该处的外磁场是该处的外磁场2.磁介质的分类磁介质的分类 根据根据 和和 的关系，介质可以被分成以下三类的关系，介质可以被分成以下三类:介质介质(1)顺磁质顺磁质:的方向和的方向和 一致一致即：即：(2)抗磁质：抗磁质：的方向和的方向和 相反相反即：即：(3)铁磁质铁磁质:的方向和的方向和一致一致且：且：3.磁导率磁导率以长直螺线管为例：以长直螺线管为例：B 和和 B0 的比称为介质的相对磁导率；的比称为介质的相对磁导率；用用来表示：来表示：这这里里 被被定定义义为为材材料料的的磁磁导导率率.对对于于那那三三种种磁磁介介质质来来说说，我们有：我们有：真空真空顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质也可以这样来说也可以这样来说真空真空顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质介质介质 11-2 顺磁质和抗磁质磁化的分子理论顺磁质和抗磁质磁化的分子理论 1.基本理论基本理论:原子原子分子分子电子电子带电自旋带电自旋分子磁矩分子磁矩抗磁性物质：抗磁性物质：顺磁性物质：顺磁性物质：分分子子或或原原子子中中任任何何一一电电子子都都同同时时参参与与两两种种运运动动，即即环绕原子核的运动和电子本身的自旋，环绕原子核的运动和电子本身的自旋，分子磁偶极子分子磁偶极子2.顺磁（物）质顺磁（物）质:Mg,Al,W,Pt,O2,等等。等等。随随机机的的热热运运动动，没没有有磁效应。磁效应。在在外外磁磁场场中中,分分子子磁磁矩矩转转向向外外磁磁场场方方向向，附附加加磁磁场场使使 加强。加强。表面磁电流表面磁电流:3.抗磁（物）质抗磁（物）质:因因为为 ,所所以以外外磁磁场场不不能能影影响响到到分分子子，但但是是原原子子中中的的电电子子受受到到洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用，所所以以电电子子的的轨轨道道将将会会绕绕的方向作进动。的方向作进动。轴轴地球的地心引力地球的地心引力量子理论可以证明，在外磁场作用下，原子或分子中各个电子量子理论可以证明，在外磁场作用下，原子或分子中各个电子因进动而产生附加磁矩，用因进动而产生附加磁矩，用 表示，无论是抗磁物质还是顺表示，无论是抗磁物质还是顺磁物质，磁物质，总是与总是与 反向。反向。电子的进动总是与电子的进动总是与 成右旋关系，电子的进动也相当于一园电成右旋关系，电子的进动也相当于一园电流，电子带负电，因此这电流的磁矩流，电子带负电，因此这电流的磁矩 与与 反向。反向。无无论论是是顺顺还还是是抗抗磁磁质质，都都有有进进动动，只只是是顺顺磁磁质质的的磁磁化化以以分分子子磁磁矩矩的转向为主。的转向为主。11-3 11-3 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理1.两条定理的扩展两条定理的扩展:和传导电流一样，分子电流也产生磁场。和传导电流一样，分子电流也产生磁场。磁介质中的高斯定理：磁介质中的高斯定理：没有发生改变！没有发生改变！但是磁介质中的安培环路定理：但是磁介质中的安培环路定理：将得变成另外一种形式：将得变成另外一种形式：在这里就要加入分子电流（也就是极化电流）在这里就要加入分子电流（也就是极化电流）计划电流未知时，就不方便用这个公式。计划电流未知时，就不方便用这个公式。B B2.有介质时的安培环路定理有介质时的安培环路定理以长直螺线管为例：以长直螺线管为例：由由可得可得只与只与 和传导电流有关。和传导电流有关。取取如如图图所所示示的的矩矩形形环环路路，应应用用安安培环路定理可得：培环路定理可得：由由得得引入一个新的量引入一个新的量称为磁场强度称为磁场强度有有这就是磁场强度的安培环路定理这就是磁场强度的安培环路定理:以以闭闭合合回回路路为为边边界界对对进进行行积积分分，等等于于穿穿过任意以此回路为边界的曲面的传导电流之和。过任意以此回路为边界的曲面的传导电流之和。注意：注意：是传导电流。是传导电流。一般性；一般性；是一个辅助性的物理量；是一个辅助性的物理量；与真空中的安培定理一样，如磁场具有对称与真空中的安培定理一样，如磁场具有对称性，可用磁介质中的安培定理求磁场的分布：性，可用磁介质中的安培定理求磁场的分布：先求先求 ，再求，再求 ；例如例如:例例:如如图图螺螺绕绕环环，设设单单位位长长上上有有 n 匝匝线线圈圈，每每匝匝电电流流为为 I，取取半半径径为为r积分回路。积分回路。r这里这里:由由 有有11-4 铁磁质铁磁质1.铁磁质的特征铁磁质的特征matter(1)铁铁磁磁质质中中的的可可能能是是别别的的材材料料里里的的上上百百倍倍或或者者是上千倍是上千倍(r 1，产生特强附加磁场产生特强附加磁场B);(3)磁滞现象，（磁滞现象，（B变化落后于外磁场变化落后于外磁场H）;(2)不不是是的的线线性性函函数数，换换句句话话说说就就是是磁磁导导率率不不是是一一个个常常数数(r与与磁磁化化的的过过程程有有关关，B与与H非非线线性性);(4)铁铁磁磁质质的的温温度度效效应应:居居里里温温度度(一一定定的的铁铁磁磁材材料料存存在在一一特特定定的的临临界界温温度度，称称为为居居里里点点，当当温温度度在在居居里里点点以以上上时时，它它们们的的磁磁导导率率和和磁磁场场强强度度H无无关关，这这时时铁铁磁磁质转化为顺磁质质转化为顺磁质).B-H 曲线曲线:HBO 铁磁质铁磁质;顺磁质顺磁质;抗磁质抗磁质;2.磁滞回线磁滞回线(1)(1)起始磁化曲线起始磁化曲线通通常常把把铁铁磁磁质质试试样样做做成成环环状，外面绕上若干线圈状，外面绕上若干线圈电电流流计计测测量量I I，磁磁通通计计测测量量B B，得得到到试试样样的的H HB B曲曲线。线。HBOBH(2)磁滞回线及磁滞现象磁滞回线及磁滞现象磁化过程磁化过程;:不仅仅与不仅仅与 H有关，还与样本的磁化史有关；有关，还与样本的磁化史有关；磁滞回线磁滞回线HHBOBHB-H 曲曲线线中中逐逐渐渐衰衰减减的的 H 与与逐逐渐渐增增加加的的并并不不重合，这种情况就称为重合，这种情况就称为滞后；滞后；（剩磁）剩磁）（矫顽力）（矫顽力）磁滞回线磁滞回线H剩磁剩磁矫顽力矫顽力.磁性材料磁性材料a）软磁材料）软磁材料b）硬磁材料）硬磁材料c）矩磁铁氧体材料）矩磁铁氧体材料不同铁磁性物质的磁滞回线有很大差异。图不同铁磁性物质的磁滞回线有很大差异。图示三种铁磁材料的磁滞回线。示三种铁磁材料的磁滞回线。HBHBHB磁滞回线所包围的面积越大，磁滞（热）损耗越大，磁滞回线所包围的面积越大，磁滞（热）损耗越大，因此必须根据不同的用途选用不同的磁性材料。因此必须根据不同的用途选用不同的磁性材料。（试举例说明）（试举例说明）软磁材料：软磁材料：矫顽力小，所须退磁电流小，适用于高频矫顽力小，所须退磁电流小，适用于高频材料，如用做变压器铁芯，电声材料，如用做变压器铁芯，电声材料等。材料等。硬磁材料：硬磁材料：矫顽力大，不易退磁，剩磁大，适用于做矫顽力大，不易退磁，剩磁大，适用于做永磁永磁材料材料矩磁铁氧体材料：矩磁铁氧体材料：反向磁场一超过矫顽力反向磁场一超过矫顽力磁化方向立即反转磁化方向立即反转只有两只有两种磁化状态，对应电流的开与种磁化状态，对应电流的开与关两种状态，适用于做计算机关两种状态，适用于做计算机的存储器元件的环形磁芯。的存储器元件的环形磁芯。.Magnetic Domains 磁畴（铁磁质的磁化机制）磁畴（铁磁质的磁化机制）对对永永久久磁磁铁铁的的认认识识比比其其它它磁磁现现象象的的认认识识更更早早，但但对对其其起起因因却却长长期期以以来来感感到到困困惑惑不不解解；近近代代科科学学实实践践证证明明：铁铁磁质的磁性主要来自电子的自旋。磁质的磁性主要来自电子的自旋。铁铁磁磁质质内内部部原原子子间间的的相相互互作作用用非非常常强强烈烈,量量子子理理论论证证明明，在在这这种种作作用用下下,铁铁磁磁质质的的内内部部形形成成了了一一些些自自发发磁磁化化的小区域的小区域磁畴磁畴：磁畴在外磁场：磁畴在外磁场：（）凡凡磁磁矩矩与与外外磁磁场场方方向向相相同同或或相相近近的的磁磁畴畴扩扩大大自己的体积；自己的体积；（2）每每个个磁磁畴畴的的磁磁矩矩方方向向都都不不同同程程度度地地向向外外磁磁场方向靠拢；场方向靠拢；（3）磁磁畴畴壁壁的的外外移移和和磁磁矩矩的的转转向向是是不不可可逆逆的的；随随外外磁场的增加，过程达饱和；磁场的增加，过程达饱和；（4 4）存存在在居居里里点点原原因因:温温度度升升高高至至居居里里点点时时铁铁磁磁质质中中的的自自发发磁磁化化区区域域磁磁畴畴受受到到剧剧烈烈的的分分子子热热运运动动的的破破坏坏，磁磁畴畴被被瓦瓦解解,铁铁磁磁质质的的特特性性消消失失,过过渡渡到顺磁质到顺磁质.不同的铁磁质居里温度亦不同不同的铁磁质居里温度亦不同.（5）金金属属中中，一一般般情情况况，两两电电子子配配对对，一一个个自自旋旋向向上上，一一个个自自旋旋向向下下；然然而而，对对铁铁、镍镍、钴钴等等，它它有有两两个个过过剩剩的的电电子子未未配配成成对对，铁铁的的磁磁性性几几乎乎全全部是由于这些电子的磁矩顺序排列所造成的；部是由于这些电子的磁矩顺序排列所造成的；此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢