高二物理竞赛电磁学磁介质课件.ppt

第二篇电磁学第7章 稳恒磁场第7节 磁介质Magnetic medium一、磁介质的磁效应定义:1. 磁介质的分类相对磁导率电介质的极化磁介质的磁化：相对介电常数顺磁质如：氧、铝、钨、铂、铬等如：氢、水、铜、银、金等如：铁、钴、镍等r 不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：抗磁质铁磁质注：顺、抗磁质是弱磁性材料, 铁磁质是强磁性材料真空中2. 物质的磁性起源（1） 分子电流分子中电子的运动：绕核运动电流环轨道磁矩自旋运动自旋磁矩两种运动磁效应的总和等效 分子圆电流*分子的 “固有磁矩”-+分子的固有磁矩不为零顺磁质分子的固有磁矩为零抗磁质（2） 顺磁、抗磁特性的微观解释1 顺磁性磁化面电流*B0强，温度越低（热运动缓慢）排列越整齐, 磁化面电流越大, 磁化越厉害NS注：*在有外场时，是顺磁质产生磁效应的主要原因分子固有磁矩2 抗磁性当没有外磁场时当有外磁场时，抗磁质会产生附加磁矩：不显磁性附加磁矩：zW陀螺进动电子的进动附加磁矩动画附加磁矩 是抗磁质产生磁效应唯一的原因 与 方向永远相反与 方向也相反, 所以抗磁体内注：表面分子磁化电流不是自由电荷定向运动形成！3 超导体的完全抗磁性超导体：在临界温度以下， 电阻变为零。

将超导体放入外磁场中，体内B = 0 迈斯纳效应应用：磁悬浮列车B0NN动画动画2第2节 磁化强度与介质的磁化规律1、磁化强度矢量Magnetization and Magnetizing Regularity of Materials描述磁介质磁化的程度的物理量单位体积内分子 磁矩的矢量和实验表明：介质外的磁场：磁介质中的磁化电流产生的磁场（与电极化强度矢量的定义类似）得到：2、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（束缚电流）共同产生磁场：则有：传导电流束缚电流有磁介质 的总磁场即：定义：磁场强度 定义：磁场强度 则有：有介质时的安培环路定理 单位：安培/米 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和物理意义3、 磁化强度矢量 Mm与磁化面电流 I的关系磁化强度矢量的环路积分等于这个环路中包围的磁化电流的代数和写成微分形式：单位长度上的磁化电流，即磁化面电流密度大小为：写成矢量形式：4. 三矢量之间的关系实验指出：各向同性的线性磁介质有介质磁化率那么：其中：即：m 与 r 均为纯数, 描述磁介质特性的物理量顺磁介质抗磁介质真空超导体相对磁导率介质磁导率电介质磁介质体内场强束缚特性极化特性极化率介质无关量可小于1，等于1，大于1，远大于1对称场有磁介质时,只需将 “B” 中的 0 即可。

解题一般步骤：由I传注：毕萨定律有：真空介质空间例：无限长载流直导线的磁场无限长直导线周围充满介质时例1. 长直螺线管内充满均匀磁介质r, 单位长度上 上的匝数为n, 通有电流I 求 管内的B, 磁化强度M及表面束缚电流密度i解：顺磁质抗磁质因管外磁场为零，取图示的回路根据：. .则：又：例2、一无限长圆柱形导线，外包一层相对磁导率为的圆筒形磁介质，导线半径为 ，磁介质外半径为导线内有电流 通过求：（1）介质内外的磁场强度和磁感应强度；（2）介质内外表面的磁化电流密度解： （1）磁场柱对称，方向为逆时针取以轴线上点为圆心，半径为r的环路根据有磁介质的安培环路定理当 时，（导体内部 ）根据磁场强度和磁感应强度的关系当 时，（2）磁化电流密度而 的方向与 平行，逆时针根据右手定则可知，磁化电流 的方向与传导电流 的方向平行顺磁质：内表面：外表面：抗磁质：内表面：外表面：磁化电流密度的大小（内表面）（外表面）例3、一个半径为R的介质球，均匀磁化，磁化强度矢量为 ，方向水平向右，如图所示求介质球面上某点的磁化面电流密度和全部磁化电流产生的磁矩解：球面上任一点磁化面电流密度为方向：沿着球面上的圆环绕行，如图大小：取一个宽度为 的圆环则此圆环上电流强度磁矩大小为总磁矩为1.磁化曲线装置：环形螺绕环，用铁磁质 充满环内空间。

实验测量B由（1）铁磁质的r不是个常数, 它是H 的函数三、铁磁质的磁效应原理：根据安培环路定理 由通有的传导电流得在螺绕环磁隙处测量得出曲线结论B的变化落后于H，从而具有剩磁磁滞效应每个H 对应不同的B与磁化的历史有关1 起始磁化曲线2 剩磁Br饱和磁感应强度BS3 矫顽力HC（2） 磁滞回线（3）在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高 磁滞损耗磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比为什么会出现这些现象？ 交换力:电子之间的交换作用使其在自旋平行 排列时能量较低, 这是一种量子效应 磁畴: 原子间电子交换 耦合作用很强, 使其自旋磁矩平 行排列形成磁畴铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩2. 铁磁质磁化的机制自发的磁化区域磁畴H =0HHH 磁畴的变化可用金相显微镜观测HHB磁化演示实验：巴克豪森效应2 磁滞现象是由于材料有杂质和内应力等的作用， 当撤掉外磁场时，磁畴的畴壁很难恢复到原来 的形状而表现出来3 当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则 排列在临界温度（相变温度Tc ）时，铁磁质完 全变成了顺磁质居里点 Tc (Curie Point)1 当全部磁畴都沿外磁场方向时, 铁磁质的磁化 就达到饱和状态。

饱和磁化强度MS等于每个 磁畴中原来的磁化强度，该值很大 这就是铁磁质磁性 r大的原因说明：如：铁为 1040K，钴为 1390K， 镍为 630K（1）软磁材料r大，(起始磁化率大)饱和磁感应强度大 适用于变压器、继电器、电机、以及各种高频 电磁元件的磁芯、磁棒3.铁磁质的分类特点：矫顽力(HC)小；磁滞回线的面积窄而长； 损耗小（HB面积小）易磁化、易退磁 纯铁、坡莫合金(Fe，Ni)、 硅钢、铁氧体等如BH（2） 硬磁材料钨钢、碳钢、铝镍钴合金矫顽力(HC)大，剩磁Br大磁滞回线的面积大，损耗大适用于做永磁铁， 耳机中的永久磁铁， 永磁扬声器BH特点：如：（3） 矩磁材料Br=BS ，HC不大，磁滞回线是矩形用于记忆元件，锰镁铁氧体、锂锰铁氧体当+脉冲产生H HC，使磁芯呈+B态，则脉冲产生H HC 使磁芯呈 B态，可做为二进制的两个态BH特点：如：。