第14章磁场中的磁介质PPT讲稿.ppt

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1、第14章磁场中的磁介质第1页，共34页，编辑于2022年，星期日2 14.1 磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响 The Function of Magnetic Medium for Magnetic Field磁介质磁介质是指放在磁场中受磁场影响或反过来影响原来磁场的物质。是指放在磁场中受磁场影响或反过来影响原来磁场的物质。2.磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响 相对磁导率 反映磁介质性质磁介质第2页，共34页，编辑于2022年，星期日3.磁介质的分类磁介质的分类(2)顺磁质顺磁质（锰、铬、铂、氧）锰、铬、铂、氧）(1)抗磁质抗磁质（锌、铜、水银、铅）锌、铜、水银、铅）减弱原场减弱原场

2、增强原场增强原场(3)铁磁质铁磁质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弱磁弱磁性物性物质质第3页，共34页，编辑于2022年，星期日4 14.214.2 原子的磁矩原子的磁矩Atomic Magnetic Moment原子中运动的电子的轨道磁矩原子中运动的电子的轨道磁矩(1)圆电流的磁矩圆电流的磁矩 为圆面积的正法线单位矢量为圆面积的正法线单位矢量,它与电流它与电流流向成右手螺旋法则流向成右手螺旋法则.第4页，共34页，编辑于2022年，星期日5(2)原子中运动的电子的轨道磁矩原子中运动的电子的轨道磁矩电子的沿圆形轨道运动电流电子的沿

3、圆形轨道运动电流电子的轨道磁矩电子的轨道磁矩电子的沿圆形轨道角动量电子的沿圆形轨道角动量则电子的轨道磁矩则电子的轨道磁矩第5页，共34页，编辑于2022年，星期日62.原子中运动的电子的自旋磁矩原子中运动的电子的自旋磁矩上式中的上式中的s为自旋角动量为自旋角动量玻尔磁子玻尔磁子3.原子中原子核磁矩原子中原子核磁矩 原子核也有磁矩原子核也有磁矩,但小于电子磁矩的千分之一但小于电子磁矩的千分之一.第6页，共34页，编辑于2022年，星期日4.分子磁矩分子磁矩 电子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核的磁矩的总和，叫电子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核的磁矩的总和，叫分子磁矩。分子磁矩。某些分子在正常情况下

4、某些分子在正常情况下,其磁矩的矢量和一定，称为分子的其磁矩的矢量和一定，称为分子的固有磁矩固有磁矩。抗磁质抗磁质无外场作用时，对外不显磁性无外场作用时，对外不显磁性顺磁质顺磁质无外场作用时，由于热运动，对外也无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性不显磁性第7页，共34页，编辑于2022年，星期日 外场外场 B0 与分子磁矩与分子磁矩 m同向同向 外场与外场与分子分子磁矩反向磁矩反向相当于在原来的相当于在原来的 上附加了一反向磁矩上附加了一反向磁矩相当于在原来的相当于在原来的 上附加了一同向磁矩上附加了一同向磁矩(1)分子磁矩方向变化分子磁矩方向变化 磁矩将转向外场方向磁矩将转向外场方向(2)

5、分子磁矩大小变化分子磁矩大小变化 结论：结论：附加的附加的总是与外场方向相反总是与外场方向相反5.磁场对磁介质分子的作用磁场对磁介质分子的作用第8页，共34页，编辑于2022年，星期日外场使外场使分子磁矩分子磁矩转动，转动，转向外场方向转向外场方向,磁介质产生磁场磁介质产生磁场1.抗磁质磁化抗磁质磁化在外场作用下，分子产生感应磁矩在外场作用下，分子产生感应磁矩则磁介质产生磁场则磁介质产生磁场2.顺磁质磁化顺磁质磁化（与外场方向相反）（与外场方向相反），介质内的磁场，介质内的磁场 减弱减弱 ，介质内的磁场，介质内的磁场 增强。增强。14.3 磁介质的磁化磁介质的磁化 Magnetization

6、of Magnetic Medium 第9页，共34页，编辑于2022年，星期日抗抗磁磁质质顺顺磁磁质质抗磁抗磁质质束缚电流束缚电流束束缚缚电电流流L L顺磁顺磁质质第10页，共34页，编辑于2022年，星期日112.磁化强度磁化强度(1)定义定义:体积元内第体积元内第i个分子的磁矩个分子的磁矩的单位：的单位：A/m (2)实验表明：对于各向同性的顺磁质和抗磁质实验表明：对于各向同性的顺磁质和抗磁质(以及铁磁质在磁场较以及铁磁质在磁场较弱时弱时)，为介质中磁场为介质中磁场的磁感应强度的磁感应强度第11页，共34页，编辑于2022年，星期日123.磁化强度与磁化强度与束缚电流的关系束缚电流的关系

7、设单位体积内的分子个数为设单位体积内的分子个数为 n,与与 dr铰链的分子电流：铰链的分子电流：一个一个分子的磁矩分子的磁矩磁化强度磁化强度.第12页，共34页，编辑于2022年，星期日13则则若若 与沿介质表面的一个长度元与沿介质表面的一个长度元 一致一致第13页，共34页，编辑于2022年，星期日14与闭合路径铰链的束缚电流与闭合路径铰链的束缚电流若若即即与表面平行与表面平行第14页，共34页，编辑于2022年，星期日15 14.4 H的环路定理的环路定理 Circuital Theorem of 1.1.磁介质内的磁介质内的总磁感强度总磁感强度自由电流自由电流 介质磁化的介质磁化的束缚电

8、流束缚电流总磁感强度总磁感强度第15页，共34页，编辑于2022年，星期日162.的环路定理的环路定理由安培环路定律由安培环路定律(1)如图所示如图所示又因为又因为所以所以第16页，共34页，编辑于2022年，星期日17(2)磁场强度磁场强度定义磁场强度定义磁场强度对各向同性磁介质对各向同性磁介质(3)的环路定理的环路定理第17页，共34页，编辑于2022年，星期日18例例14-1 一一无无限限长长直直螺螺线线管管，单单位位长长度度上上的的匝匝数数为为n，螺螺线线管管内内充充满满相相对对磁磁导导率率为为 的的均均匀匀磁磁介介质质。今今在在导导线线内内通通以以电电流流I，求求管管内内磁磁感感应应

9、强度和磁介质表面的面束缚电流密度。强度和磁介质表面的面束缚电流密度。解：解：如图如图充充满满介介质质后后，管管内内磁磁场场应应均均匀匀，其其方方向向平平行行于于轴轴线线，管管外外磁磁场场为零为零第18页，共34页，编辑于2022年，星期日19则有则有:根据根据H的环路定理的环路定理又又第19页，共34页，编辑于2022年，星期日20顺磁质：顺磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相同，束缚电流方向与自由电流方向相同抗磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相反抗磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相反铁磁质：，管内磁场主要由束缚电流产生铁磁质：，管内磁场主要由束缚电流产生由此可见由此可见第20页，共34页

10、，编辑于2022年，星期日21解解:自由电流和介质的分布都具有轴对称性，所以介质中的磁场自由电流和介质的分布都具有轴对称性，所以介质中的磁场也具有轴对称性也具有轴对称性.一一根根长长直直单单芯芯电电缆缆的的芯芯是是一一半半径径为为R的的金金属属导导体体，它它与与导导电电外外壁壁间间充充满满相相对对磁磁导导率率为为 的的均均匀匀介介质质.电电流流I均均匀匀流流过过芯芯的的横横截截面面并并沿沿电电缆缆外外壁壁流流回回.求求磁磁介介质质中中磁磁感感应应强强度度的的分分布布和和紧紧贴贴导导体体芯芯的的磁磁介介质质表表面面上上的的束束缚缚电电流流例例19-2第21页，共34页，编辑于2022年，星期日2

11、2 如如图图 都都沿沿圆圆周周切切向向，且且在在同同一一圆圆周上各点数值相等周上各点数值相等作安培环路如图，则有作安培环路如图，则有第22页，共34页，编辑于2022年，星期日23 的方向与轴线平行的方向与轴线平行由由及及得到得到第23页，共34页，编辑于2022年，星期日24 14.5 铁磁质铁磁质 Ferromagnetic Material1.磁化曲线磁化曲线(1)环状铁芯被磁化环状铁芯被磁化改变改变I，可以得多组，可以得多组H和和B的值，由此可绘磁化曲线的值，由此可绘磁化曲线第24页，共34页，编辑于2022年，星期日25(2)铁磁质中的铁磁质中的B和和 随随H变化的磁化曲线变化的磁化

12、曲线 第25页，共34页，编辑于2022年，星期日26(3)铁磁质中的闭合磁化曲线铁磁质中的闭合磁化曲线 磁滞回线磁滞回线oa：起始磁化曲线：起始磁化曲线(不可逆不可逆)a点点:磁饱和状态磁饱和状态逐步增大反向电流逐步增大反向电流ab:H减小至零减小至零,B 0 磁滞磁滞,:剩剩磁磁叫矫顽力叫矫顽力铁磁质的磁化，与铁磁质铁磁质的磁化，与铁磁质磁化历史有关。磁化历史有关。第26页，共34页，编辑于2022年，星期日272.软磁材料软磁材料 硬磁材料硬磁材料很小很小,磁滞回线瘦磁滞回线瘦,如图如图(a),常用来常用来做电磁铁等的铁芯做电磁铁等的铁芯软磁材料软磁材料:较大较大,磁滞回线较胖磁滞回线较

13、胖,如图如图(b),常用来常用来做计算机的铁芯做计算机的铁芯硬磁材料硬磁材料:第27页，共34页，编辑于2022年，星期日283.居里点居里点TcTc:铁磁铁磁质质特性消失成为顺磁特性消失成为顺磁质的质的转变温度转变温度例如例如 铁的铁的Tc:1040K 钴的钴的Tc:1390K4.铁磁性的微观解释铁磁性的微观解释磁畴理论磁畴理论磁畴如图磁畴如图:自自发发磁磁化化的的小小区区域域，线线度度约约10-4m；每每一一区区域域内内所所有有原原子子磁磁矩矩的的方方向向一一致。致。第28页，共34页，编辑于2022年，星期日29导致磁滞导致磁滞的原因是磁畴的磁壁很难恢复原状的原因是磁畴的磁壁很难恢复原状

14、.若若磁畴消失磁畴消失成为顺磁质成为顺磁质5.磁场的边界条件磁场的边界条件“磁滞损耗磁滞损耗”正比于正比于磁滞回线磁滞回线所围的面积。所围的面积。由图由图(a)，根据，根据H的环路定理的环路定理忽略短边积分值忽略短边积分值第29页，共34页，编辑于2022年，星期日30则则由图由图(b)，根据磁场高斯定理，根据磁场高斯定理(忽略筒侧面的积分值忽略筒侧面的积分值)则则第30页，共34页，编辑于2022年，星期日316.磁屏蔽磁屏蔽根据上述磁场的边界条件，由图可得根据上述磁场的边界条件，由图可得则则第31页，共34页，编辑于2022年，星期日32由于铁磁质的由于铁磁质的在在 很大的铁磁质中，很大的铁磁质中，线几乎平行于表面。线几乎平行于表面。上图为一铁管在磁场中上图为一铁管在磁场中 线的分布图，实现了线的分布图，实现了磁屏蔽磁屏蔽。第32页，共34页，编辑于2022年，星期日337.永磁体永磁体永磁体是仍保留着一定的磁化状态的永磁体是仍保留着一定的磁化状态的铁磁体铁磁体.上图为永磁体中的上图为永磁体中的第33页，共34页，编辑于2022年，星期日作业作业14-614-7第十四章第十四章第34页，共34页，编辑于2022年，星期日