磁性物理基础精选PPT.ppt
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1、磁性物理基础第1页,此课件共46页哦磁性材料是电子功能材料中极其重要的一类,已成为现代工业和磁性材料是电子功能材料中极其重要的一类,已成为现代工业和科学技术的支撑性材料之一;科学技术的支撑性材料之一;广泛应用于通信、自动化、电机、仪器仪表、广播电视、广泛应用于通信、自动化、电机、仪器仪表、广播电视、计算机、家用电器以及医疗卫生等领域,如各类变压器、计算机、家用电器以及医疗卫生等领域,如各类变压器、电感器、滤波器、磁头和磁盘、各类磁体、换能器以及电感器、滤波器、磁头和磁盘、各类磁体、换能器以及微波器件等;微波器件等;这类材料按其导电性差异,可分为金属和铁氧体磁性材料这类材料按其导电性差异,可分为
2、金属和铁氧体磁性材料两大类;按其磁性能差异,又可分为软磁、永磁、旋磁、两大类;按其磁性能差异,又可分为软磁、永磁、旋磁、压磁以及磁光材料等类别。压磁以及磁光材料等类别。第2页,此课件共46页哦第3页,此课件共46页哦第4页,此课件共46页哦应用:精密的仪器仪表;应用:精密的仪器仪表;电讯、电声器件;工业设备;电讯、电声器件;工业设备;控制器件;其它器件。控制器件;其它器件。作用原理作用原理利用永磁材料在给定的利用永磁材料在给定的空间产生一定的磁场强空间产生一定的磁场强度;度;利用永磁合金的磁滞特性利用永磁合金的磁滞特性产生转动矩,使电能转化产生转动矩,使电能转化为机械能。为机械能。特点特点充磁
3、后,去掉外磁场后充磁后,去掉外磁场后仍可保留磁性。仍可保留磁性。第5页,此课件共46页哦磁性材料是功能材料的重要分支;磁性材料是功能材料的重要分支;磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功磁性元器件具有转换、传递、处理信息、存储能量、节约能源等功能能,应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组尤其在信息技术领域已成为不可缺少的组成部分。成部分。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能
4、化方向发信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能化方向发展展;要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、高速度,而且具有可而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。第6页,此课件共46页哦第7页,此课件共46页哦第8页,此课件共46页哦我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位.其中其中其中其中,永磁铁氧体的产量达永磁铁氧体的产量达永磁铁氧体的产量达永磁铁氧体的产量达1.
5、1101.1101.1101.1105 5 5 5,居世界居世界居世界居世界首位首位首位首位;软磁铁氧体产量软磁铁氧体产量软磁铁氧体产量软磁铁氧体产量4104104104104 4 4 4,居世界前列居世界前列居世界前列居世界前列;稀土永磁产量稀土永磁产量稀土永磁产量稀土永磁产量4300430043004300,居世界第二居世界第二居世界第二居世界第二.根据中国工程院的专项调查和预测根据中国工程院的专项调查和预测根据中国工程院的专项调查和预测根据中国工程院的专项调查和预测,我国我国我国我国2008200820082008年磁性材料的需求量年磁性材料的需求量年磁性材料的需求量年磁性材料的需求量:
6、永磁铁氧体永磁铁氧体永磁铁氧体永磁铁氧体15101510151015104 4 4 4,软磁软磁软磁软磁铁氧体铁氧体铁氧体铁氧体6106106106104 4 4 4,稀土永磁稀土永磁稀土永磁稀土永磁800080008000800010000100001000010000.但是但是但是但是,目前我国生产的磁性材料基本上是低目前我国生产的磁性材料基本上是低目前我国生产的磁性材料基本上是低目前我国生产的磁性材料基本上是低性能水平的材料性能水平的材料性能水平的材料性能水平的材料,与世界先进水平存在较大的差距与世界先进水平存在较大的差距与世界先进水平存在较大的差距与世界先进水平存在较大的差距.第9页,
7、此课件共46页哦(1)(1)加强磁性材料的基础研究和应用基础研究加强磁性材料的基础研究和应用基础研究.(2)(2)改造和完善现有的磁性材料改造和完善现有的磁性材料,提高其磁性能提高其磁性能,优化制备工艺优化制备工艺,降低生产成本降低生产成本.(3)(3)发展新型的磁性材料发展新型的磁性材料,特别是纳米磁性材料纳米磁性材料是纳特别是纳米磁性材料纳米磁性材料是纳米材料中最早进入工业化生产的功能材料米材料中最早进入工业化生产的功能材料,应用广泛应用广泛,性能优异性能优异,特特别是在信息存储、处理与传输中占据重要地位别是在信息存储、处理与传输中占据重要地位,其基础研究和应用其基础研究和应用开发正方兴未
8、艾开发正方兴未艾.(4)(4)加强研究、生产、应用三方面的结合加强研究、生产、应用三方面的结合,不断开拓磁性材料新不断开拓磁性材料新的应用领域并促使其发展的应用领域并促使其发展.磁性材料的研究和发展将主要集中在以下几个方面磁性材料的研究和发展将主要集中在以下几个方面:第10页,此课件共46页哦1.1 静磁现象静磁现象1.2 材料的磁化材料的磁化1.3 磁性和磁性材料分类磁性和磁性材料分类第一章第一章 磁学基础知识磁学基础知识第11页,此课件共46页哦1.1.1 磁矩磁矩 a.磁铁(永磁体):方向性:方向性:N、S极极不可分离性:不可分离性:磁力线:磁力线切线方向为磁场方向磁力线:磁力线切线方向
9、为磁场方向正磁极 负磁极正磁荷m 负磁荷mb.定义:磁体无限小时,体系定义为磁偶极子其磁偶极矩:方向:-m指向+m单位:Wbm+m-ml1.1 静磁现象静磁现象1.磁偶极子第12页,此课件共46页哦2.磁矩用环形电流描述磁偶极子:其磁矩:单位:A m2 结论:a 二者的物理意义相同:表征磁偶极子磁性强弱与方向;但单位不同,公式有差异c.电子的轨道运动相当于一个恒定的电流回路,必有一个磁矩,但自旋不能用电流回路解释,因此,最好将自旋磁矩视为基本粒子的固有磁矩。i(电流)b.方向:右手螺旋法则决定第13页,此课件共46页哦1.1.2 磁化强度 M 磁极化强度磁化强度比饱和磁化强度第14页,此课件共
10、46页哦 均为描述空间任意一点的磁场参量(矢量)1、H:静磁学定义 H为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小,方向与 正磁荷在该处所受磁场力方向一致。1.1.3 磁场强度 H 与与磁感应强度 B 实际应用中,往往用电流产生磁场,并规定H的单位在SI制中,用1A的电流通过直导线,在距离导线r=(1/2)米处,磁场强度即为1A m1。第15页,此课件共46页哦常见的几种电流产生磁场的形式为:常见的几种电流产生磁场的形式为:(1)、)、无限长载流直导线:无限长载流直导线:方向是切于与导线垂直的且以导线为轴的圆周(2)、)、直流环形线圈圆心:直流环形线圈圆心:r为环形圆圈半径,方向由右手螺旋法则确定。(
11、3)、)、无限长直流螺线管:无限长直流螺线管:n:单位长度的线圈匝数,方向沿螺线管的轴线方向第16页,此课件共46页哦2 2磁感应强度磁感应强度B B往往确定磁场效应采用磁感应强度B,而非HSI制中,自由真空中,B与H平行,磁体内部,B与H不一定平行,单位:B:T或Wbm2;H:A/m;M:A/m;J:Wbm2真空中,M0 当H 107/4A m1时,B1T第17页,此课件共46页哦磁学量的单位制:使用Gauss单位制时,此时,B的单位为Gs,H的单位为Oe,0=1G/Oe 式中M为磁极密度单位为Gs,4M为磁通线的密度。SI制与Gauss制间的转换 B:1G=10-4T H:103A m-1
12、4 Oe,103/4 A m-1=79.577A m-1=1 Oe 和第18页,此课件共46页哦磁矩:在Gauss单位制中0=1G/Oe,则磁偶极矩与磁矩无差别,通称为磁矩,单位为电磁单位(e.m.u)1e.m.u(磁偶极矩)4 1010 Wbm 1e.m.u(磁矩)103A m2磁化强度:Gauss单位制中,磁极化强度(J)与磁化强度(M)相同,单位:G第19页,此课件共46页哦1.1.4 1.1.4 磁化率与磁导率磁化率与磁导率 磁体置于外磁场中磁化强度M将发生磁化。其中称为磁体的磁化率,是单位磁场磁场在磁体内感生的磁化强度磁化强度,表征磁体磁化难易程度 令:(1)B/0H(相对磁导率)表
13、征磁体磁性、导磁性及磁化难易程度。单位:T m/A或H/mSI制中,绝对磁导率:绝对B/H 绝对/0注意:只有注意:只有B、H、M相互平行时,相互平行时,为标量,否则为张为标量,否则为张量。量。第20页,此课件共46页哦磁导率的不同定义:1、初始磁导率 是磁中性状态(H0,M0)下磁导率的极限值,在弱场下使用时,i是一重要参数2、最大磁导率max表征单位H在磁体中感生出最大B的能力。一般而言磁性体的磁导率就是指这个参数。第21页,此课件共46页哦3、振幅磁导率 磁体在交变磁场(无直流磁场)中被磁化时,在一定振幅的磁场下,其磁感应强度也有一定振幅 :它是(H或B)的振幅的函数,其最大值称为最大振
14、幅磁导率。4、增量磁导率 指磁体受直流电磁场H0作用,在H0上再叠加一个较小的交变磁场,此时磁体对于交变磁场的磁导率即为。第22页,此课件共46页哦5、可逆磁导率rev 原因是在交变场作用下,B、H间有相位差。所有磁导率的值都是H的函数:6、复数磁导率oH第23页,此课件共46页哦 1、退磁场、退磁场 有限几何尺寸的磁体在外磁场中被磁化后,表面将产生磁极,从而有限几何尺寸的磁体在外磁场中被磁化后,表面将产生磁极,从而使磁体内部存在与磁化强度使磁体内部存在与磁化强度M方向相反的一种磁场,起减退磁化的作用,方向相反的一种磁场,起减退磁化的作用,称为称为退磁场退磁场Hd。Hd 的的大小与磁体形状及磁
15、极强度有关。若磁化均匀,则大小与磁体形状及磁极强度有关。若磁化均匀,则Hd 也均匀,且也均匀,且与与M成正比成正比:其中其中N为退磁因子,只与磁体几何形状和尺寸有关。为退磁因子,只与磁体几何形状和尺寸有关。非均匀磁化时还与磁性体磁导率有关。非均匀磁化时还与磁性体磁导率有关。1.1.5 1.1.5 退磁能退磁能 Hd=-NM第24页,此课件共46页哦2、简单几何形状磁体的退磁因子、简单几何形状磁体的退磁因子N对于旋转椭球体,三个主轴方向退磁因子之和:对于旋转椭球体,三个主轴方向退磁因子之和:由此可求出:由此可求出:球球 体:体:N=1/3 细长圆柱体:细长圆柱体:Na=Nb=1/2,Nc=0 薄
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