1、磁場中的磁介質ppt1第1頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五一、磁介質二、 磁介質磁化的微觀機理三、磁化電流與磁化強度四、H的環(huán)路定理五、鐵磁質六、簡單的磁路2第2頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五一、磁介質傳導電流產生與介質有關的電流產生均勻介質充滿磁場的情況下介質的相對磁導率1.磁介質的定義在磁場中會受磁場影響而發(fā)生變化,反過來又對磁場產生影響的物質就叫磁介質.2.磁介質對磁場的影響3第3頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五3.磁介質的分類順磁質抗磁質鐵磁質r是常數r是常數r不是常數常見的順磁質有:鋁、鉑、氧等.常見的抗磁質有

2、:銅、汞、氫等.常見的鐵磁質有:純鐵、硅鋼、坡莫合金等.4第4頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五二、 磁介質磁化的微觀機理原子磁矩與分子固有磁矩電子繞核的軌道運動以及電子的自旋可等效為一個圓電流順磁質軌道角動量對應的磁矩自旋角動量對應的磁矩分子的固有磁矩是其中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和抗磁質= 05第5頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五一個電子的軌道磁矩設電子繞原子核運動的速率為v，軌道半徑為r，則其中所以又因為電子繞原子核運動的角動量大小為故一個電子的軌道磁矩為6第6頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五根據量子力學，電

3、子軌道角動量是量子化的，所以因此根據量子力學，電子還具有自旋運動，稱為內稟（固有）自旋.由自旋產生的磁矩稱為內稟（固有）自旋磁矩.計算表明一個電子的內稟（固有）自旋磁矩的大小為這一磁矩稱為玻爾磁子7第7頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五2.磁化的微觀解釋1)順磁性只有順磁質、鐵磁質才具有順磁性方向與 方向相同取向磁化由于順磁質的分子固有磁矩不為零在外磁場的作用下,各分子磁矩都發(fā)生轉向8第8頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五2)抗磁性電子軌道磁矩受磁力矩方向垂直紙面向內軌道角動量繞磁場旋進電子附加一個與外磁場磁感應強度方向相反的磁矩(所有介質均具有抗磁

4、性)由分子中電子軌道角動量的旋進（進動）產生分子中所有電子的附加磁矩的矢量和就是一個分子在外磁場中產生的感生磁矩感應磁化9第9頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五順磁質無外磁場時：有外磁場時：抗磁質無外磁場時：有外磁場時：磁 介 質且 與外磁場方向相同,取向磁化和感應磁化同時存在,但以取向磁化為主.且 與外磁場方向相反, 只有感應磁化.10第10頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五三、磁化強度和磁化電流由于分子磁矩的取向一致 考慮到它們相對應的分子電流如 長直螺線管內部充滿均勻的各向同性介質將被均勻磁化均勻磁場螺線管截面11第11頁，共49頁，2022年

5、，5月20日，10點9分，星期五 1.磁化強度2.磁化強度與磁化電流的關系極化強度對比電介質12第12頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五 推導：Li分S磁介質S分放大則套住 dl 的分子電流：設分子濃度為 n，穿過L所圍曲面S 的磁化電流（介質內的磁化電流）13第13頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五介質表面磁化電流(線)密度：選磁化面電流（線）密度當時，即當平行介質表面時,介質表面14第14頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五3. 磁化規(guī)律各向同性磁介質(順磁質或抗磁質)介質的磁導率各向同性電介質介質的介電常數15第15頁，共4

6、9頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五考慮到磁介質中還存在磁化電流，所以對于磁介質，（1）式則需加以修正，等號右邊的I內應該包括傳導電流和磁化電流.四、 的環(huán)路定理 1. 的環(huán)路定理 16第16頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五設：I0 傳導電流I 磁化電流磁介質I定義I0L17第17頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五得：H 的單位：真空：A/m （ SI ）；磁場強度的環(huán)路定理18第18頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五各向同性磁介質因則有將代入得各向同性電介質2.的關系又得19第19頁，共49頁，2022年，5月2

7、0日，10點9分，星期五討論思路1）有介質時磁場的性質方程3）在解場方面的應用 在具有很好對稱性的情況下 可以首先由 的環(huán)路定理解出2） 是由傳導電流和磁化電流共同產生的，不能認為 只與傳導電流有關20第20頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五例1介質中閉合回路L所套連的磁化電流為：證：L任取 且可無限縮小故 I0 = 0 處 I = 0 L磁介質無傳導電流處 也無磁化電流證明在各向同性均勻磁介質內3. 環(huán)路定理的應用舉例21第21頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五例2 一充滿均勻磁介質的密繞細螺繞環(huán)， 求：磁介質內的解：取回路如圖，設總匝數為N細螺繞

8、環(huán)22第22頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五代入數據23第23頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五討論：設想把這些磁化面電流也分成每米103匝，相當于分到每匝有多少？2(A)充滿鐵磁質后24第24頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五例3 一充滿相對磁導率為r的均勻磁介質的密繞無限長螺線管，單位長度的匝數為n，當線圈內通以電流I時，求螺線管內的磁感應強度和磁介質表面的面束縛電流密度. rlabcdP解:如圖,螺線管外無磁場,管內磁場均勻,且 和都與管的軸線平行.作一環(huán)路abcda,如圖所示那么,25第25頁，共49頁，2022年，5

9、月20日，10點9分，星期五rlabcdP據的環(huán)路定理,有即有于是,管內的磁感應強度為由得磁介質中的磁化強度為26第26頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五討論:對于抗磁質,r1, j1, j0,這表明束縛電流的方向和傳導電流的方向相同;對于鐵磁質,r1, jnI,這表明束縛電流的方向和傳導電流的方向相同且比傳導電流面密度nI大得多,可以認為這時的磁場基本上是由鐵磁質表面的束縛電流產生的.rlabcdP順磁質情況27第27頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五五、 鐵磁質(1) r 1 可使磁場大幅度增加(2) r不是常數，與磁化歷史有關裝置起始磁化曲線1

10、.鐵磁質的宏觀性質(3) B與H 的關系為非線性關系，與磁化歷史有關28第28頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五2. 磁滯現象- 剩磁- 矯頑力起始磁化曲線起始磁化曲線都是“不可逆”的，即當鐵磁質到達磁飽和后，若慢慢減少電路電流，H值也跟著減少,而鐵磁質中的B并不沿起始磁化曲線逆向減少，而是減少得比原來增加時慢.當I=0,因而H=0時,B并不為0而是還保持一定的值.這種現象叫磁滯現象或磁滯效應.H29第29頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五3.磁滯損耗 在交變電磁場中 ,鐵磁質的反復磁化將引起介質的發(fā)熱 , 稱為磁滯損耗. 實驗和理論都可以證明:磁滯

11、損耗和磁滯回線所包圍的面積成正比 .BH30第30頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五4.磁性材料及應用(1)軟磁材料BH 特點：磁導率大 矯頑力小 容易磁化也容易退磁 磁滯回線包圍面積小 磁滯損耗小應用:硅鋼片可作變壓器、電機、電磁鐵的鐵芯.鐵氧體(非金屬)可作高頻線圈的磁芯材料.31第31頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五 特點：剩余磁感應強度大 矯頑力大 不容易磁化 也不容易退磁 磁滯回線寬 磁滯損耗大(2)硬磁材料應用：作永久磁鐵 永磁喇叭BH32第32頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五 應用：作計算機中的記憶元件 磁化時

12、極性的反轉構成了“0”與“1”(3)矩磁材料：BH特點：磁滯回線呈矩形狀33第33頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五5. 居里溫度 6.鐵磁性起因 磁疇-電子的自旋磁矩可以不靠磁場而取得一致的方向.在鐵磁體內存在無數個線度約為10-4m的小區(qū)域,這些小區(qū)域叫磁疇.在每個磁疇中,所有原子的磁矩都方向一致地整齊排列著.各種材料磁疇的線度相差較大.一個磁疇中約有1012 - 1015個原子. 居里點順磁質鐵 767 0C鎳 357 0C磁疇鐵磁質第34頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五純鐵硅鐵鈷磁疇35第35頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分

13、，星期五Si-Fe單晶(001)面的磁疇結構箭頭表示磁化方向0.1mm36第36頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五單晶磁疇結構 示意圖多晶磁疇結構 示意圖37第37頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五 鐵磁質在不斷增大的外磁場作用下,其磁矩方向和外磁場方向接近的磁疇逐漸擴大,而方向相反的磁疇逐漸縮小.最后當外磁場增大到一定程度后,所有磁疇的磁矩方向也都指向同一個方向了.這時鐵磁質就達到磁飽和的狀態(tài).磁滯現象可以用磁疇的疇壁很難恢復原來形狀來說明.38第38頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五六、簡單磁路 如圖,鐵心的長度為l,橫截面

14、積為S,氣隙的寬度為,鐵心上繞有N匝線圈,通過線圈的電流為I,鐵心的相對磁導率為r,那么鐵心氣隙中的磁感應強度B是多少?解:不考慮漏磁通,據磁通連續(xù)原理,通過鐵心各處橫截面的磁通量應相等,因而鐵心內各處的磁感應強度B也應相等.因氣隙很小,故氣隙處的磁場可認為并不散開,有磁場部分的面積仍為S,因此氣隙處的磁感應強度B0與鐵心中的磁感應強度B相等.Il39第39頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五Il據安培環(huán)路定理,有于是由于所以由此得因鐵心r很大,所以即使不大, r 亦不小,這使得鐵心內和氣隙處的B大大減小.40第40頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五因

15、為=BS,所以類比電路公式作如下類比其中,叫磁流(磁通),NI叫磁動勢,Rm叫磁阻,Um叫磁壓.41第41頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五閉合磁路歐姆定律磁阻串聯公式:磁阻并聯公式:并聯磁路一例:第9章結束42第42頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五 1.磁場的界面關系 靜磁屏蔽由可得 B1n = B2n (1)設界面無傳導電流，由可得 H1t = H2t (2)即 (2)12121212附錄：43第43頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五在1很大的介質1中， 線幾乎平行界面，這就是鐵磁質中 線沿鐵芯延續(xù)的情形若，則，當時，12

16、121 22190244第44頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五B內R2R1鐵管（板面）靜磁屏蔽計算表明： t = 1cm時，k = 0.5% .屏蔽系數若 t = 0.1cm時，k = 5% ；則 精密探頭、顯象管都需要磁屏蔽45第45頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五2.磁致伸縮 磁致伸縮長度相對改變約10-5量級溫下可達10 -1某些材料在低磁致伸縮有一定固有頻率化頻率和固有頻率一致時 發(fā)生共振當外磁場變可用于制作激振器、超聲波發(fā)生器等46第46頁，共49頁，2022年，5月20日，10點9分，星期五 根據現代理論，鐵磁質相鄰原子的電子之間存在很強的“交換耦合作用”使得在無外磁場作用時 電子自旋磁矩能在小區(qū)域內自發(fā)地平行排列 形成自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微