磁介质 (2).ppt

居里.P,居里.M,§11.1 磁介质的磁化,第11章 磁介质,一切实物物质都是磁介质在磁场中都会被磁化介质分子中的电子同时参与两种运动，绕核的轨道运动和本身的自旋可等效为一个圆电流，称为分子电流对应的磁矩称作分子磁矩，用 pm 表示，它是电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和对于不同的磁介质分子磁矩的大小不同， 0 —— pm不等无磁场时，无论有无分子磁矩，由于分子的热运动，分子磁矩方向杂乱无章，对外不显磁性.,分子磁矩,§11.1 磁介质的磁化,第11章 磁介质,B0,将介质放入磁场中,,B0,将介质放入磁场中,,B0,传导电流在真空中的磁场,介质中的磁场,介质磁化所产生的附加磁场,将介质放入磁场中,分子磁矩在磁场作用下会向磁场方向偏转，称为磁化顺磁质,,抗磁质,,铁磁质,,锰、铬、铂、氮,水银、铜、硫、氢、金,铁、镍、钴、铁氧体,磁介质可分为：,μr > 1,μr < 1,μr >> 1,记,实验表明：,μr 称为磁介质的相对磁导率,----μ 称为磁介质的磁导率单位： N.A-2,介质磁性的实验测定,顺磁质试件向右移动,介质磁性的实验测定,,右端的吸力大于左端,抗磁质试件向左移动,右端的斥力大于左端,顺磁质分子的固有磁矩不为零，,无外磁场作用时，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同,整个介质不显磁性。

11.1.1 抗磁质和顺磁质的磁化,分子磁矩,有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩M的作用在这一力矩的作用下，分子磁矩转向外磁场的方向1、顺磁质的磁化,B0,,B0,,B0,顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强即：,抗磁质分子的固有磁矩为零2、抗磁质的磁化,即分子中所有电子自旋磁矩和轨道磁矩的矢量和为零可看成是两个方向相反的圆电流叠加而成无外场时，分子磁矩的矢量和为零有外场时，,,,,,无论电子轨道运动方向如何，在外磁场的作用下所产生的附加磁矩方向总是和外磁场方向相反抗磁质磁化结果，使介质内部磁场减小即：,可见：顺磁质在磁场中也应有附加磁矩，其方向也与外磁场方向相反，但顺磁质分子磁矩比附加磁矩大得多，磁化过程以顺磁性为主有外场时，,,,,j ----磁化电流密度：单位长度上的磁化电流3、磁化电流密度,磁化电流:由于介质的磁化在介质表面形成的电流因与分子连接在一起，无法自由流动，故又称为束缚电流单位长度上的匝数,磁化电流,4、磁化电流的磁场,1、顺磁质：,磁化电流产生的磁场与传导电流是相同的2、同理抗磁质：,磁化电流与传导电流的关系,以充满均匀磁介质长直螺线管为例,设长直螺线管单位长度上的匝数为 n , 通有电流 I , 产生的磁场为 B0 磁化电流密度为 j ,产生的磁场为B' , 则,B0 =μ0 n I B' =μ0 j,由实验知: B =μr B0 = μr μ0n I,,相等,所以磁化电流面密度与传导电流的关系,±j = ( μr - 1 ) n I,即μ0μr nI = μ0 n I ± μ0 j,B = B0 ± B' = μ0 n I±μ0 j,,§11.2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理,11.2.1 磁介质中的高斯定理,B= B0 + B’ B’ 与 B0 一样，都是无源场。

即,11.2.2 磁介质中的安培环路定理,介质磁中有磁化面电流，安培环路定理为：,以充满均匀介质长直螺线管为例,∵ ±j = ( μr - 1 ) n I,定义磁场强度:,单位：A.m-1,注意：,1、磁场强度H是辅助量，描述磁场的性质仍然是磁感应强度B2、一般情况下,只有在各向同性均匀磁介质中,例题11-1 自看,磁化强度：单位体积内分子磁矩的矢量和,习题11-3: 一无限长载流圆柱体，通有电流I ，设电流 I 均匀分布在整个横截面上柱体的磁导率为μ，柱外为真空 求：柱体内外各区域的磁场强度和磁感应强度解：,∵磁场分布具有轴对称性，,∴取以r为半径的圆周为闭合回路,当rR时,,11.1.2 铁磁质,对于顺磁质与抗磁质，B与H有线性关系，,对于铁磁质，B 与H之间的关系一般比较复杂，磁导率 μ不再是一个常量可通过实验来测定由实验所测定的 B 与 H 之间的关系曲线称为磁化特性曲线1、铁磁质及其磁化,（1）磁化特性曲线的测定,螺旋管内的磁场强度H 可以根据安培环路定理得 H = n I，大小通过调节I 来确定用冲击电流计G ,可以测出感应电量q ,由上式求出B。

根据法拉第电磁感应定律,0---t时间内通过线圈N的电量为,N,（1）磁化特性曲线的测定,得H、B的一些列数据当I变化时，通过探测线圈的磁通量发生变化μ,,在B-H图上，可作出一条起始磁化特性曲线Oabs根据B和H的一系列数据得μ—H曲线2）μ的测定,（3）磁滞回线,,剩 磁,矫顽力,,,磁滞回线,,,剩 磁,矫顽力,2、磁 畴,根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的“交换耦合作用”，使得在无外磁场作用时，分子磁矩能在小区域内自发地平行排列，形成自发磁化达到饱和状态的微小区域这些区域称为“磁畴”,用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点显示磁畴结构的铁粉图形,,Si-Fe单晶磁畴结构,箭头表示磁化方向,单晶磁畴结构 示意图,多晶磁畴结构 示意图,铁磁质单晶体磁化过程,,,,,,,,,,铁磁质单晶体磁化过程,,,,,,,,,铁磁质单晶体磁化过程,,,,,,,,,铁磁质单晶体磁化过程,,,,,,,,,铁磁质单晶体磁化过程,,,,,,铁磁质单晶体磁化过程,,,,铁磁质单晶体磁化过程,利用磁畴的观点解释磁滞回线,居里点： 当温度达到某一特定温度时，铁磁质转变为顺磁质，称这一温度为居里温度或称为居里点。

居里.P,居里.M,3、磁滞损耗,在交变电磁场中，铁磁质的反复磁化，将引起介质的发热，产生能量损失，称为磁滞损耗实验和理论都可以证明，磁滞损耗和磁滞回线所包围的面积成正比1）磁导率μ不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史B 和H 不是线性关系4、铁磁质的特性：,（2） 有很大的磁导率放入线圈中后可以使磁场增强102 ~ 104倍3）有剩磁、磁饱和及磁滞现象4）温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质5）磁性材料,软磁材料:,应用：硅钢片作变压器、电机、电磁铁的铁芯铁氧体（非金属）作高频线圈的磁芯材料特点：磁导率大，矫顽力小，容易磁化也容易退磁磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小例：硅钢片、铁氧体等特点：剩余磁感应强度大，矫顽力大，不容易磁化，也不容易退磁磁滞回线宽，磁滞损耗大硬磁材料：,应用：作永久磁铁，永磁喇叭例：碳钢、钨钢、铁镍钴合金等应用：作计算机中的记忆元件磁化时极性的反转构成了“0”与“1”矩磁材料：,特点：磁滞回线呈矩形状例题 一环形螺线管，管内充满磁导率为μ的顺磁质环的横截面半径远小于环的半径单位长度上的匝数为n,所通电流为I， 求：（1）环内的磁场强度和磁感应强度； （2）磁化电流密度。

解：,（1）因为磁场分布具有对称性，,取以r为半径的圆周为闭合回路，,（2）,作业:11-1 11-3 11-4,。