磁介质的磁化优秀课件.ppt

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1、磁介质的磁化1第1页，本讲稿共10页基本要求基本要求教学基本内容、基本公式教学基本内容、基本公式第第4章振动章振动理解磁介质的磁化、磁化强度、磁场强度矢量。理解理解磁介质的磁化、磁化强度、磁场强度矢量。理解B、H、M三个矢量三个矢量之间的关系，磁介质中的安培环路定律。了解顺磁性与抗磁性。铁之间的关系，磁介质中的安培环路定律。了解顺磁性与抗磁性。铁磁质的特性。理解磁场能量，磁场能量密度。磁质的特性。理解磁场能量，磁场能量密度。1.磁介质磁介质磁介质磁介质:实体物质在磁场作用下呈现磁性实体物质在磁场作用下呈现磁性,该物体称磁介质。该物体称磁介质。磁介质的三种类型：磁介质的三种类型：顺磁质、抗磁质、

2、铁磁质。顺磁质、抗磁质、铁磁质。顺磁质：顺磁质：如氧、铝、钨、铂、铬等。如氧、铝、钨、铂、铬等。抗磁质：抗磁质：铁磁质：铁磁质：如氮、水、铜、银、金、铋等。如氮、水、铜、银、金、铋等。如铁、钴、镍等，如铁、钴、镍等，2第2页，本讲稿共10页2.2.磁介质磁化磁介质磁化 结构模型和分子磁矩结构模型和分子磁矩原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。磁矩和自旋磁矩。用等效的分子电流的磁效应来表示各个电子对外界磁效应的用等效的分子电流的磁效应来表示各个电子对外界磁效应的总合，称为分子固有磁矩。总合，称为分子固有磁矩

3、。*电子的进动：电子的进动：在外磁场作用下，每个电子除了保持环绕在外磁场作用下，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，还要原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加附加电子磁电子磁矩矩以以外磁场方向为轴线的转动外磁场方向为轴线的转动。进动进动3.3.磁化强度磁化强度M单位体积内所有分子固单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和加上附有磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和加磁矩的矢量和.反映磁介质磁化程度的物理量。反映磁介质磁化程度的物理量。3第3页，本讲稿共10页4.4.有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理5.5.铁磁质铁磁质磁化曲线、磁化曲线、磁滞回线磁滞回线 r非线性非线

4、性、磁饱和磁饱和剩磁、矫顽力剩磁、矫顽力软磁材料软磁材料、硬磁材料、矩磁材料硬磁材料、矩磁材料4第4页，本讲稿共10页单晶磁畴结构示意图单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图 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，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磁畴畴。磁畴磁畴 在没有外磁场作用时在没有外磁

5、场作用时，磁体体内磁矩排列杂乱，任，磁体体内磁矩排列杂乱，任意物理无限小体积内的意物理无限小体积内的平均磁矩为零平均磁矩为零。5第5页，本讲稿共10页 在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能将低在外磁场作用下，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自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位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，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。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，随着外磁场

6、的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴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。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，以后再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化达到饱和。这时磁化达到饱和。6第6页，本讲稿共10页1.圆圆柱形无限柱形无限长载长载流直流直导线导线置于均匀无限大磁介置于均匀无限大磁介质质之中，若之中，若导线导线中流中流过过的的稳稳恒恒电电流流为为I，磁介，磁介质质的相的相对对磁磁导导率率为为 r(r1)，则则与与导导线线接触的磁介接触的磁介质质表面上的磁化表面上的磁化电电流流为为

7、(A)(1-r)I(B)(r-1)I(C)rI(D)答案：答案：(B)参考解答：有介质时的安培环路定理说明；磁场强度沿任一闭合路径的参考解答：有介质时的安培环路定理说明；磁场强度沿任一闭合路径的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。由安培环路定理，可以得到：由安培环路定理，可以得到：B B 由由稳稳恒恒电电流流I与磁化与磁化电电流共同决定。流共同决定。稳稳恒恒电电流流I在空在空间产间产生的生的磁磁场场 磁化电流在空间产生的磁场磁化电流在空间产生的磁场 7第7页，本讲稿共10页2.一一铁环铁环的中心的中心线线周周长为长为0.3m，横截面，横截面积

8、为积为1.010-4m2，在，在环环上密上密绕绕300匝表面匝表面绝缘绝缘的的导线导线，当，当导线导线通有通有电电流流3.210-2A时时，通，通过环过环的横截面的磁通量的横截面的磁通量为为2.010-6Wb求：求：(1)铁环铁环内部的磁感内部的磁感强强度；度；(2)铁环铁环内部的磁内部的磁场场强强度；度；(3)铁铁的磁化率；的磁化率；(4)铁环铁环的磁化的磁化强强度度解：解：(1)(3)相相对对磁磁导导率率 磁化率磁化率(4)磁化磁化强强度度 M=cmH1.59104 A/m8第8页，本讲稿共10页3.顺磁质和铁磁质的磁导率明显地依赖于温度，而抗磁质的磁导率则顺磁质和铁磁质的磁导率明显地依赖

9、于温度，而抗磁质的磁导率则几乎与温度无关，为什么？几乎与温度无关，为什么？参考解答：参考解答：顺磁质的磁性主要来源于分子的固有磁矩沿外磁场方向的取向排顺磁质的磁性主要来源于分子的固有磁矩沿外磁场方向的取向排列。当温度升高时，由于热运动的缘故，这些固有磁矩更易趋向混乱，列。当温度升高时，由于热运动的缘故，这些固有磁矩更易趋向混乱，而不易沿外磁场方向排列，使得顺磁质的磁性因磁导率明显地依赖于而不易沿外磁场方向排列，使得顺磁质的磁性因磁导率明显地依赖于温度。温度。铁磁质的磁性主要来源于磁畴的磁矩方向沿外磁场方向的取向排铁磁质的磁性主要来源于磁畴的磁矩方向沿外磁场方向的取向排列。当温度升高时，各磁畴的

10、磁矩方向易趋向混乱而使铁磁质的磁性列。当温度升高时，各磁畴的磁矩方向易趋向混乱而使铁磁质的磁性减小，因而铁磁质的磁导率会明显地依赖于温度。当铁磁质的温度超减小，因而铁磁质的磁导率会明显地依赖于温度。当铁磁质的温度超过居里点时，其磁性还会完全消失。过居里点时，其磁性还会完全消失。至于抗磁质，它的磁性来源于抗磁质分子在外磁场中所产生的与至于抗磁质，它的磁性来源于抗磁质分子在外磁场中所产生的与外磁场方向相反的感生磁矩，不存在磁矩的方向排列问题，因而抗磁外磁场方向相反的感生磁矩，不存在磁矩的方向排列问题，因而抗磁质的磁性和分子的热运动情况无关，这就是抗磁质的磁导率几乎与温质的磁性和分子的热运动情况无关

11、，这就是抗磁质的磁导率几乎与温度无关的原因。度无关的原因。9第9页，本讲稿共10页4.在在实际问题实际问题中用安培中用安培环环路定理路定理计计算由算由铁铁磁磁质组质组成的成的闭闭合合环环路，在得出路，在得出H后，如何后，如何进进一步求出一步求出对应对应的的B值值呢？呢？参考解答参考解答:由于由于铁铁磁磁质质的的 r不是一个常数，因此不能用不是一个常数，因此不能用B=r 0H来来进进行行计计算，而是算，而是应应当当查阅查阅手册中手册中该铁该铁磁材料的磁材料的BH曲曲线图线图，找出，找出对应对应于于计计算算值值H的磁感的磁感强强度度B值值5.在在铁环铁环上上绕绕有有N200匝的一匝的一层线层线圈，若圈，若电电流流强强度度I2.5A，铁环铁环横截横截面的磁通量面的磁通量为为F F510-4Wb，且，且铁环铁环横截面的半径横截面的半径远远小于小于铁环铁环的平均半的平均半径，径，则铁环则铁环中的磁中的磁场场能量能量为为 (A)0.300 J (B)0.250 J (C)0.157 J (D)0.125J 答案：答案：(D)参考解：参考解：设设横截面半径横截面半径为为R，铁环铁环的平均半径的平均半径为为r 10第10页，本讲稿共10页