物质的磁性学习.pptx

在原子内，电子绕原子核的轨道运动，在原子内，电子绕原子核的轨道运动，电子还有自旋，原子核也有自旋运动。电子还有自旋，原子核也有自旋运动。原子的等效圆电流原子的等效圆电流 I,电子运动半径电子运动半径 r1.分子磁矩分子磁矩15-1-1 分子磁矩分子磁矩第第1页页/共共27页页电子的轨道角动量电子的轨道角动量玻尔磁子玻尔磁子电子的自旋角动量电子的自旋角动量量子力学中，角动量和磁矩都是量子化的。量子力学中，角动量和磁矩都是量子化的。第第2页页/共共27页页1.分析分析(1)1)电场电场(2)2)磁场磁场NS原磁场原磁场原磁场原磁场附加磁场附加磁场附加磁场附加磁场合磁场合磁场合磁场合磁场15-1-2 磁磁性性第第3页页/共共27页页2.磁导率磁导率各向同性的磁介质各向同性的磁介质-相对磁导率相对磁导率-真空磁导率真空磁导率-磁导率磁导率磁场磁场-相对电容率相对电容率-真空电容率真空电容率-电容率电容率电场电场第第4页页/共共27页页3.分类分类(1)1)e.g.Al、O、Mn etc.顺磁质顺磁质(2)2)e.g.Cu、H、Bi etc.抗磁质抗磁质(3)3)e.g.Fe、Ni、Co etc.铁磁质铁磁质第第5页页/共共27页页3.微观机理微观机理(1)1)分子固有磁矩分子固有磁矩 轨道磁矩和自旋磁矩以及原子核的自旋轨道磁矩和自旋磁矩以及原子核的自旋磁矩的矢量和磁矩的矢量和(2)2)顺磁质顺磁质 顺磁质分子的固顺磁质分子的固有磁矩不为有磁矩不为 0，在磁场，在磁场中分子的固有磁矩受磁中分子的固有磁矩受磁场的力矩作用，场的力矩作用，向着磁场的方向偏转向着磁场的方向偏转 -取向取向。第第6页页/共共27页页(3)3)抗磁质抗磁质 抗磁质分子的固抗磁质分子的固有磁矩为有磁矩为 0，在磁场作，在磁场作用下产生了和外磁场方用下产生了和外磁场方向相反的感生磁矩向相反的感生磁矩(4)4)铁磁质铁磁质 铁磁质是顺磁质的特殊情况，晶体内的电子铁磁质是顺磁质的特殊情况，晶体内的电子的自旋之间存在一种特殊的相互作用，因此具有的自旋之间存在一种特殊的相互作用，因此具有很强的磁性。很强的磁性。第第7页页/共共27页页第二节第二节第二节第二节磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度和磁化电流和磁化电流和磁化电流和磁化电流Magnetization&Magnetization Current第第8页页/共共27页页1.定义定义15-2-1 磁化强度磁化强度(1)1)Electric Field电极化强度电极化强度电极化强度电极化强度(2)2)Magnetic Field磁化强度磁化强度磁化强度磁化强度2.说明说明(1)1)vector(2)2)U:Am-1真空中真空中(3)3)第第9页页/共共27页页 顺磁质在磁场中分子的顺磁质在磁场中分子的固有磁矩受磁场的力矩作用，固有磁矩受磁场的力矩作用，向着磁场的方向向着磁场的方向取向取向。I 抗磁质在磁场作用下产生抗磁质在磁场作用下产生感生磁矩感生磁矩。等效：等效：介质表面有一层电流介质表面有一层电流-磁化电流磁化电流 I15-2-2 磁化电流磁化电流第第10页页/共共27页页注意注意:磁化电流磁化电流 I 可产生附加磁场可产生附加磁场 ，但无，但无热效应，因为无宏观电荷的移动，磁化电流热效应，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出。束缚在介质表面上，不可引出。金属中的电流是电荷做宏观的移动形成金属中的电流是电荷做宏观的移动形成的叫做的叫做传导电流传导电流。在磁场作用下介质表面上出现磁化电流在磁场作用下介质表面上出现磁化电流的现象叫做磁介质的的现象叫做磁介质的磁化磁化。第第11页页/共共27页页第三节第三节第三节第三节 磁场强度磁场强度Magnetic Intensity第第12页页/共共27页页15-3-1 高斯高斯定理定理(Gauss TheoremGauss Theorem)无论是传导电流还是磁化电流，它们产无论是传导电流还是磁化电流，它们产生的磁感线均为闭合曲线，穿入穿出闭合曲生的磁感线均为闭合曲线，穿入穿出闭合曲面的磁感线根数相同，正负磁通量抵消。面的磁感线根数相同，正负磁通量抵消。总磁场的高斯定理总磁场的高斯定理第第13页页/共共27页页1.分析分析(1)1)真空中的安培环路定理真空中的安培环路定理(2)2)介质中介质中电流有传导电流电流有传导电流 I 和磁化电流和磁化电流 I,15-3-2 安环安环定理定理(Ampre Circuital TheoremAmpre Circuital Theorem).+IIL以螺线管为例以螺线管为例取右图中矩形取右图中矩形abcda环路环路第第14页页/共共27页页iiii第第15页页/共共27页页2.矢量矢量-磁场强度磁场强度3.的安培环路定理的安培环路定理 磁场强度沿任何闭合回路的线积磁场强度沿任何闭合回路的线积分，等于该回路所包围的传导电流的分，等于该回路所包围的传导电流的代数和。代数和。第第16页页/共共27页页4.各向同性的磁介质各向同性的磁介质(1)实验实验(2)定义：定义：介质的磁化率介质的磁化率(3)关系关系磁导率磁导率定义：定义：第第17页页/共共27页页第四节第四节第四节第四节铁铁铁铁 磁磁磁磁 质质质质Ferroagnetic Material第第18页页/共共27页页1.磁化曲线磁化曲线(1)1)起始磁化曲线起始磁化曲线 顺磁介质与抗磁顺磁介质与抗磁介质的介质的 B与与 H具有线具有线性关系，磁化曲线为性关系，磁化曲线为直线，铁磁质直线，铁磁质 B与与 H 无线性关系。无线性关系。抗磁质抗磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质顺磁质顺磁质顺磁质顺磁质Bo初始磁化曲线初始磁化曲线第第19页页/共共27页页 OM MN NP磁饱和状态磁饱和状态HBoMNPBmax初始磁化曲线初始磁化曲线(2)2)铁磁质铁磁质第第20页页/共共27页页(3)3)磁滞回线磁滞回线BHoP 当外磁场增加时，铁磁质当外磁场增加时，铁磁质内部的磁场变化曲线如图所示，内部的磁场变化曲线如图所示，即起始磁化曲线为即起始磁化曲线为 OP。当外磁场减小时，当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化。滞后于外磁场变化。磁滞现象磁滞现象BrHcBHoPHc-矫顽力矫顽力第第21页页/共共27页页 加反向磁场加反向磁场 Hc，使介质内部的磁场为使介质内部的磁场为 0，继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。达到正向磁饱和状态。BrHcBHoP磁滞回线磁滞回线 当外磁场当外磁场减小减小为为 0 时，介质中的时，介质中的磁场并不为磁场并不为 0，有一，有一剩磁剩磁 Br。第第22页页/共共27页页(4)4)磁材料分类磁材料分类磁滞回线细长，剩磁很小。磁滞回线细长，剩磁很小。例如软铁、坡莫合金、硒钢片、铁铝合例如软铁、坡莫合金、硒钢片、铁铝合金、铁镍合金等。金、铁镍合金等。软磁性材料软磁性材料 由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。转子、定子都是用软件磁性材料制成。第第23页页/共共27页页 硬磁性材料硬磁性材料 磁滞回线较粗，剩磁磁滞回线较粗，剩磁很大，这种材料充磁后不很大，这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。易退磁，适合做永久磁铁。例如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。例如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中的磁控管等。机以及雷达中的磁控管等。第第24页页/共共27页页(6)6)磁畴磁畴 当铁磁材料的温度到达一定程度时，当铁磁材料的温度到达一定程度时，变为顺磁质，这一温度叫做变为顺磁质，这一温度叫做居里点居里点。例如铁：例如铁：Tc=1040K，钴，钴Tc=1390K(5)5)居里点居里点 铁磁质中由于原子铁磁质中由于原子的强烈作用，在铁磁质的强烈作用，在铁磁质中形成磁场很强的小区中形成磁场很强的小区域域 磁畴磁畴。磁畴的体。磁畴的体积约为积约为 10-12 m3 。第第25页页/共共27页页第第26页页/共共27页页感谢观看！感谢观看！第第27页页/共共27页页