《稳恒磁场》PPT课件.ppt

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1、作业：本章剩余部分。作业：本章剩余部分。顺磁质顺磁质 r 不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质注：注：顺、抗磁质是弱磁性材料顺、抗磁质是弱磁性材料,铁磁质是强磁性材料。铁磁质是强磁性材料。1.磁介质的分类磁介质的分类回顾：回顾：2.物质的磁性起源物质的磁性起源 分子电流分子电流宏观上介质表面磁化电流宏观上介质表面磁化电流分子的分子的 “固有磁矩固有磁矩”=轨道磁矩轨道磁矩+自旋磁矩自旋磁矩顺磁质顺磁质2o 抗磁性抗磁性在磁场中电子绕轨道运动和自旋运动发生变化。在磁场中电子绕轨道运动和自旋运动发生变化。+-=0电子电子轨道运动绕

2、磁场轨道运动绕磁场进动进动。电子产生的附加磁矩与外磁场相反电子产生的附加磁矩与外磁场相反。w wzW W+-磁化电流磁化电流二、磁化强度矢量二、磁化强度矢量Magnetization and Magnetizing 1.磁化强度矢量定义磁化强度矢量定义单位体积内分子磁矩的矢量和单位体积内分子磁矩的矢量和 2.磁化强度矢量磁化强度矢量M与磁化面电流与磁化面电流 I 的关系的关系 设长为设长为l,横截面为横截面为S的柱形介质在外磁场中沿轴向被均匀的柱形介质在外磁场中沿轴向被均匀磁化磁化,表面表面总的磁化面电流总的磁化面电流为为I 介质的体积为介质的体积为：V内总的分子磁矩为内总的分子磁矩为：lI

3、面电流密度面电流密度 分子电流分子电流3.磁化强度的环流磁化强度的环流：一般情况下一般情况下可证明可证明：L磁化面电流密度磁化面电流密度：2.磁化强度矢量磁化强度矢量M与磁化面电流与磁化面电流 I 的关系的关系磁化强度的磁化强度的环流环流等于该环路中包围的等于该环路中包围的磁化电磁化电流流的代数和。的代数和。一般结论：一般结论：三、磁介质中安培环路定理和应用三、磁介质中安培环路定理和应用1.1.有介质时的安培环路定理有介质时的安培环路定理在有介质的空间，传导电流与磁化电流共同产生磁场：在有介质的空间，传导电流与磁化电流共同产生磁场：则有则有：即：即：传导电流传导电流磁化电流磁化电流磁介质中磁感

4、磁介质中磁感应强度的环流应强度的环流引入引入：磁场强度磁场强度 定义定义：磁场强度磁场强度 则有则有：介质中的介质中的安培环路定理安培环路定理 单位：安培单位：安培/米米 沿任一闭合路径沿任一闭合路径磁场强度磁场强度的环流等于该闭的环流等于该闭合路径所包围的合路径所包围的自由电流自由电流的代数和。的代数和。物理意义物理意义IR2.三矢量之间的关系三矢量之间的关系(物质方程物质方程）实验指出：各向同性的线性磁介质有实验指出：各向同性的线性磁介质有介质磁化率介质磁化率那么那么：其中其中：即即：m 与与 r 均为纯数均为纯数,描述磁介质特性的物理量描述磁介质特性的物理量相对磁导率相对磁导率介质磁导率

5、介质磁导率磁磁介介质质的的物物质质方方程程磁感应强度和磁场强度的关系磁感应强度和磁场强度的关系:相对介电常数相对介电常数相对介电常数相对介电常数相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率介质磁导率介质磁导率介质磁导率介质磁导率介质的介电常数介质的介电常数介质的介电常数介质的介电常数之之间的关系间的关系：之间的关系之间的关系电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理I 例例1 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限长无限长”同轴圆筒同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导

6、率为形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质的磁介质.当两当两圆筒通有相反方向的电流圆筒通有相反方向的电流 时，试时，试 求求（1）磁介质中任意点）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的的磁感应强度的 大小大小;（2）圆柱体外面一点）圆柱体外面一点 Q的磁感强度的磁感强度.解解 对称性分析对称性分析I方向沿圆的切线方向方向沿圆的切线方向II例例2.长直螺线管内充满均匀磁介质长直螺线管内充满均匀磁介质 r,单位长度上的匝数为单位长度上的匝数为n,通有电流通有电流I 。求。求 管内的管内的B,磁化强度磁化强度M及表面磁化电流密及表面磁化电流密度度i。解解：顺磁铁磁质顺磁铁磁质抗磁质抗磁质因管外磁场

7、为零，取图示的回路因管外磁场为零，取图示的回路根据根据：.则则：又又：例例3 一半径为一半径为R的介质球，均匀磁化后其磁化强度为的介质球，均匀磁化后其磁化强度为M，方向，方向如图，求介质球面上某点的磁化面电流密度和全面磁化电流产如图，求介质球面上某点的磁化面电流密度和全面磁化电流产生的磁矩。生的磁矩。解，解，任意位置的磁化面电流密度：任意位置的磁化面电流密度：方向如图方向如图(2)总磁化电流产生的磁矩总磁化电流产生的磁矩？取如图所示的电流圆环，其磁化电流为：取如图所示的电流圆环，其磁化电流为：电流圆环的磁矩为：电流圆环的磁矩为：总的磁矩为：总的磁矩为：对称场有磁介质时对称场有磁介质时,求求“B

8、”时，只需将的时，只需将的 0 即可。即可。总结：求磁场的解题一般步骤总结：求磁场的解题一般步骤：由由I传传注：毕毕萨定律有萨定律有：真空真空介质空间介质空间例如：例如：无限长载流直导线真空中磁场无限长载流直导线真空中磁场无限长直导线周围充满介质时无限长直导线周围充满介质时物质方程物质方程1.磁化曲线磁化曲线实验装置实验装置：环形螺绕环，用铁磁质：环形螺绕环，用铁磁质充满环内空间。充满环内空间。实验测量实验测量B由由（1）铁磁质的）铁磁质的 r不是个常数不是个常数,它是它是H 的函数的函数 非线性磁介质非线性磁介质。四、四、铁磁质铁磁质实验原理实验原理：根据安培定理由通有的根据安培定理由通有的

9、传导电流得传导电流得在螺绕环磁隙在螺绕环磁隙处测量处测量B 得出得出曲线曲线结论结论(Ferromagnetism)(Ferromagnetism)交换力交换力:电子之间的交换作用使其在电子之间的交换作用使其在自旋磁矩平行排列自旋磁矩平行排列时能量较低时能量较低,这是一种这是一种量子效应量子效应。磁畴磁畴:原子间电子交换耦合作用很强原子间电子交换耦合作用很强,使其自旋磁矩使其自旋磁矩平行排列形成平行排列形成磁畴磁畴。铁磁性主要来源于电子的铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩自旋磁矩2.铁磁质磁性的起因铁磁质磁性的起因 表现出自发磁化区域表现出自发磁化区域磁畴磁畴H铁磁体铁磁体 r 1，且比顺磁磁导率

10、大，且比顺磁磁导率大5-65-6个量级。个量级。B的变化落后于的变化落后于H，从而具有，从而具有剩磁剩磁磁滞效应磁滞效应1 起始磁化曲线起始磁化曲线2 剩磁剩磁Br饱和磁感应强度饱和磁感应强度BS3 矫顽力矫顽力HC磁滞回线磁滞回线实验：巴克豪森效应。实验：巴克豪森效应。注意：注意：铁磁态只存在于某个铁磁态只存在于某个临界温度临界温度TC（居里温度）以（居里温度）以下，存在下，存在铁磁铁磁顺磁相变顺磁相变。TC铁磁态铁磁态顺磁态顺磁态皮埃尔皮埃尔居里居里 物物理理原原理理？r大，大，(起始磁化率大起始磁化率大)饱和磁感应强度大饱和磁感应强度大 应用应用：变压器、继电器、电机、以及各：变压器、继

11、电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。种高频电磁元件的磁芯、磁棒。特点特点：矫顽力矫顽力(HC)小；小；磁滞回线的面积窄而长；磁滞回线的面积窄而长；损耗小（损耗小（HB面积小）面积小）。纯铁、坡莫合金纯铁、坡莫合金(Fe，Ni)、硅钢等。、硅钢等。如：如：BH软磁材料软磁材料矫顽力小矫顽力小硬磁材料硬磁材料矫顽力大矫顽力大BH钨钢、碳钢、铝镍钴合金钨钢、碳钢、铝镍钴合金如如：根据矫顽力的大小将铁磁材料分类：根据矫顽力的大小将铁磁材料分类：3.铁磁质的分类铁磁质的分类矫顽力矫顽力(HC)大，大，剩磁剩磁Br大大磁滞回线的面积大，损耗大。磁滞回线的面积大，损耗大。应用应用：于做永磁铁，耳机

12、中的永久磁铁，：于做永磁铁，耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。永磁扬声器。硬磁材料特点：硬磁材料特点：BH矩磁材料矩磁材料Br=BS ，HC不大，不大，磁滞回线是矩形，用于磁滞回线是矩形，用于记忆元件记忆元件。锰镁铁氧体、锂锰铁氧体锰镁铁氧体、锂锰铁氧体特点特点：如如：BH+B态，态，B态，可做为二进制的两个态。态，可做为二进制的两个态。现代汽车需要使用几十现代汽车需要使用几十个小型个小型永磁电动机永磁电动机和其和其它磁控机械元件。它磁控机械元件。纳米磁性纳米磁性Global market for magnetic materials the total in 1999 was about 30b$.全球市场：全球市场：300亿美元亿美元日立公司日立公司20052005年新研制的年新研制的10G10G微型硬盘微型硬盘 ,.等9人:61,2472(1988)Grunberg 57,2442(1986)