第十二章 磁介质中的磁场.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,磁介质中的磁场,第十二章,第十二章,居里.,P,居里.,M,介,质,的,磁,化,返回,结束,12-1 磁介质 介质的磁化,B,0,传导电流在真空中的磁场,B,介质中的合磁场,顺磁质,B,0,B,抗磁质,B,0,B,=,B,0,B,B,+,B,介质磁化所产生的附加磁场,锰、铬、铂、氮,水银、铜、硫、氢、金、银,铁、镍、钴、铁氧体,一、磁介质的分类,一、磁介质的分类,返回,结束,N,S,B,N,S,顺磁质磁化后,试件的极性,介质磁性的实验测定,介质磁性的实验测定,B,非均匀磁场,悬丝,悬丝,悬丝,悬丝,悬丝,返回,结束,圆柱形试件,N,S,B,N,S,顺磁质磁化后,试件的极性,介质磁性的实验测定,介质磁性的实验测定,B,顺磁质试件,向右摆动,返回,结束,抗磁质磁化后,试件的极性,介质磁性的实验测定,介质磁性的实验测定,N,S,B,抗磁质试件,向左摆动,B,N,S,返回,结束,B,介质磁性的实验测定,介质磁性的实验测定,N,S,抗磁质试件,向左摆动,抗磁质磁化后,试件的极性,B,N,S,返回,结束,顺磁质分子的固有磁矩,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。,e,p,m,二、顺磁质及其磁化,分,子,磁,矩,=,p,m,0,即：,不为零，,返回,结束,M,p,m,B,=,+,B,0,p,m,M,有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩,的作用。,M,B,0,这一力矩使分子磁矩转向外磁场的方向,返回,结束,M,p,m,B,=,+,M,B,0,p,m,有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩,的作用。,M,B,0,这一力矩使分子磁矩转向外磁场的方向,返回,结束,顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。,B,0,B,0,B,即：,B,返回,结束,抗磁质分子的固有磁矩为零。,三、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。,返回,结束,B,0,外磁场,B,p,m,M,=,+,P,m,电子轨,道磁矩,F,P,d,=,t,d,e,角,动,量,方,向,L,L,.,角动量,增量方向,.,M,M,的方向,.,M,在圆周运动中,P,的大小。,改变,P,的方向而不能,只能改变,所以,F,由于,F,P,，,P,F,返回,M,L,d,=,t,d,B,0,外磁场,e,P,m,电子轨,道磁矩,角,动,量,方,向,L,L,.,角动量,增量方向,.,M,M,的方向,.,M,P,m,附加磁,矩方向,分子磁矩在磁场中,L,的大小。,改变,L,的方向而不能,只能改变,所以,M,由于,M,L,，,电子轨道平面,在磁场中作进动。,电子轨道,平面进动,方向,返回,由于附加磁矩,方向和外磁场,相反，所以,B,0,外磁场,e,P,m,电子轨,道磁矩,角,动,量,方,向,L,L,.,角动量,增量方向,.,M,M,的方向,.,M,P,m,附加磁,矩方向,电子轨道,平面进动,方向,B,0,B,返回,e,L,P,m,M,P,m,B,0,外磁场,B,0,外磁场,e,P,m,L,M,P,m,电,子,轨,道,运,动,方,向,进动,方向,进动,方向,附加磁,矩方向,附加磁,矩方向,无论电子轨道运动方向如何，,附加磁矩方向总是和外磁场方向相反。,无论电子轨道运动方向如何，,附加磁矩方向总是和外磁场方向相反。,返回,一、磁化强度：,12-2,磁化强度 磁化电流,=,p,M,m,V,p,m,+,对于顺磁质,p,m,p,m,0,抗磁质,m,0,B,o,M,=,H,+,o,H,m,o,=,H,+,o,H,m,=,+,o,1,(,),r,+,1,m,=,令：,B,o,=,H,r,=,H,r,相对磁导率,返回,结束,顺磁质、抗磁质的磁化率,顺磁质、抗磁质的磁化率,材 料,温度,/,K,c,m,/10,-5,明 矾（含铁）,4 4830,顺 明 矾（含铁）,90 213,明 矾（含铁）,293 66,磁 氧（液态）,293,152,氧气,293 0.19,质 钠,293 0.72,铀,293 40,铝,293 2.2,抗 铋,293 -16.6,磁 水 银,293 -2.9,质 银,293 -2.6,铅,293 -1.8,铜,293 -1.0,返回,结束,=,N I,N,匝数,:,(,),例题1一环形螺线管，管内充满磁导,率为,，,相对磁导率为,r,的顺磁质。环的横,截面半径远小于环的半径。,求：环内的磁场强度和磁感应强度,H,=,r,2,N I,得：,H,l,d,l,.,=,r,2,H,=,n,I,B,=,m,H,m,r,m,0,H,=,r,返回,结束,.,H,l,d,l,=,r,2,H,=,2,r,I,R,2,例题2一无限长载流圆柱体，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,，,柱外为真空。求：柱,内外各区域的磁场强度和磁感应强度。,B,=,R,2,I,r,2,H,=,R,2,I,r,2,得：,=,I,I,I,H,0,R,r,R,r,2.,B,=,r,2,I,0,返回,结束,均匀磁化球的,B,线和,H,线,B,线,H,线,返回,结束,返回,结束,铁,磁,质,12-5,铁磁质,12-5,铁磁质,铁磁质,B,0,B,铁、镍、钴、铁氧体,B,=,H,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,之间的关系比较复杂，,为一常量。即：,磁导率,不是一个常量。,磁导率,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,。,一、铁磁质及其磁化,返回,结束,e,K,I,R,G,冲击,电流计,探测,线圈,铁环,(试件),开关,磁场强度,H,可以,根据,I,的测量由式,来确定。,H,=,n I,用冲击电流计,G,可以测出感应电量,q,再由下式间接地测,出,B,。,B,=,q R,N S,S,环形铁芯的,横截面积,测定磁化曲线的实验装置,测定磁化曲线的实验装置,返回,结束,O,B,H,A,C,D,B,.,.,.,E,F,.,H,C,B,s,.,B,r,H,s,.,初始磁,化曲线,B,r,剩 磁,.,H,s,B,s,.,饱和磁感应强度,矫顽力,H,C,磁滞回线,返回,结束,居里点：,当温度达到一定时，铁磁质转变为顺,磁质，称这一温度为,“,居里点,”,居里.,M,返回,结束,二、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，电子自旋磁矩,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。,1892年罗辛格首先提出，磁畴的形成,是由于磁偶极子间非磁性的相互作用。,返回,结束,1926年海森堡用量子力学中的交换力解,释了磁偶极子间相互作用的起源。,返回,结束,1935年，朗道和栗佛希兹从磁场能量的,观点说明了磁畴的成因。,返回,结束,显示磁畴结构的铁粉图形,返回,结束,纯铁,硅铁,钴,三种铁磁性物质的磁畴,返回,结束,Si,-Fe,单晶,(001)面的,磁畴结构,箭头表示,磁化方向,0.,1,mm,返回,结束,单晶磁畴结构,示意图,多晶磁畴结构,示意图,返回,结束,铁磁质单晶体磁化过程,H,返回,铁磁质单晶体磁化过程,H,返回,铁磁质单晶体磁化过程,H,返回,铁磁质单晶体磁化过程,H,返回,铁磁质单晶体磁化过程,H,返回,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,铁磁质单晶体磁化过程,H,三、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，称为,磁滞损耗,。,实验和理论都可以证明，磁滞损耗和磁,质回线所包围的面积成正比。,B,H,返回,结束,3.,有剩磁、磁饱和及磁滞现象。,铁磁质的特性：,1.,磁导率,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。,2.,有很大的磁导率。放入线圈中时可,以使磁场增强,10,2,10,4,倍。,4.,温度超过居里点时，铁磁质转变为顺,磁质。,返回,结束,四、磁性材料：,软磁材料,B,H,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。,返回,结束,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,B,H,返回,结束,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：,B,H,特点,：磁滞回线呈矩形状,返回,结束,返回,结束,