《电磁学05磁介质》PPT课件.ppt

1,9.7, 9.8, 9.11,2,第五章 有磁介质时的磁场, 5.1磁介质对磁场的影响,5.2 磁介质的磁化,5.3 有磁介质时磁场的规律,5.4 铁磁质,5.5 简单磁路,3, 5.1磁介质对磁场的影响,磁介质（magnetic medium）是能够影响磁场分布的物质。,传导电流 ，,介质磁化,均匀各向同性介质充满磁场所在空间时，,有：,r 相对磁导率 (ralative permeability),4, 弱磁质，, 顺磁质（paramagnetic substance）,如：Mn ，Al，O2，N2 , 抗磁质（diamagnetic substance）,如：Cu，Ag，Cl2，H2 , 铁磁质（ferro magnetic substance）,如：Fe，Co，Ni ,磁介质的分类：,5,在磁场作用下，介质出现磁性或磁性发生变化的现象。,6.2 磁介质的磁化,磁化 (magnetization)：,一.分子磁矩和分子电流,6,电子的轨道磁矩 轨道半径r (圆轨道) 电子速率,轨道电流,电子的轨道磁矩,对氢原子基态， pm = 0.9310-23 Am2,7,电子轨道角动量(圆轨道) L = m r m电子质量,电子轨道磁矩与轨道角动量的关系,电子自旋磁矩(spin magnetic moment) 实验证明：电子有自旋磁矩,自旋磁矩和自旋角动量S的关系,8,分子磁矩,分子磁矩是分子中 所有电子的轨道磁矩和 所有电子自旋磁矩与 所有核磁矩的矢量和。,p核 核(自旋)磁矩,9,二.顺磁质磁化,顺磁质分子有固有的分子磁矩（主要是电子轨道和自旋磁矩的贡献）,10,三.抗磁质的磁化,抗磁质的分子固有磁矩为 0。,为什么 反平行于 呢？,11,以电子的轨道运动为例，,第 i 个电子受的磁力矩,电子轨道角动量增量, 电子旋进，它引起的感应磁矩 反平行于 。,这种效应在顺磁质中也有，,不过与分子固有磁矩的转向效应相比弱得多。,12,四.磁化强度与磁化电流 （magnetization and magnetization current）,1.磁化强度：,对顺磁质和抗磁质，实验表明：,可表示成：, 磁导率 (permeability),2.磁化电流：,由于介质磁化而出现的一些等效的附加电流分布。,13,介质内：,穿过L所围曲面S 的磁化电流 ：,套住 dl 的分子电流:,14,介质表面：,选,磁化面电流密度,15,6.3 有磁介质时磁场的规律,考虑到磁化电流，（1）式则需要修改。,一. 的环路定理,设：I0 传导电流，,I 磁化电流。,16,令, 磁场强度(magnetic field intensity),得：, H 的单位：A/m ( SI ) ；,Oe(奥斯特，Oersted)，1 。, 真空：,17, 各向同性磁介质：,m 磁化率 (magnetic susceptibility),18,二. 环路定理的应用举例,例1：证明在各向同性均匀磁介质内，无传 导电流处，也无磁化电流。,介质中闭合回路L所套联的分子电流为：,证：,L可任取，且可无限缩小，,故 I0 = 0 处，I = 0 。,19,例2 （书P297）,三.磁场的界面关系，*静磁屏蔽,由,设界面无传导电流，,由,20,在1很大的介质1中， 线几乎平行界面，,这就是铁磁质中 线沿铁芯“走”的情形。,21,*静磁屏蔽,计算表明：,t = 1cm时，k = 0.5% 。,屏蔽系数,若,精密探头、显象管都需要磁屏蔽。,22,各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用可取得一致方向，,6.4 铁磁质 (ferromagnetic substance),一.磁畴（magnetic domain）,形成自发的均匀磁化小区域磁畴。,铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。,未加磁场,在磁场 B 中,23,各种材料磁畴线度相差较大：,一般为10-410-5m，,从10-3m到10-6m，,磁畴体积约为10-6mm3，,一个磁畴中约有10121015个原子。,易磁化方向(direction of easy magnetization)，,由晶体的结构决定。,磁畴的磁矩就沿某个易磁化方向排列。,为什么不形成一个磁化整体呢？,静磁能高 交换能低,静磁能低 交换能高,矛盾因素协调平衡，才使铁磁体整体能量最低。,24,二.铁磁质的磁化规律,铁磁质 关系非线性，,也不单值，,也不唯一。,1.起始磁化曲线,由此可得到B H曲线：,25,BS 饱和磁感强度(saturation magnetic induction)；,i 起始磁导率；,m 最大磁导率。,巴克豪森效应 (Barkhausen effect)，可用作金相结构分析，测晶粒度、杂质分布、应力分布等，且是无损探测、快捷简便。,26,27,2.磁滞回线（hysteresis loop）：,B落后于H变化，称磁滞现象。,Br剩余磁感强度 (remanent magnetic induction) ；,Hc矫顽力 (coercive force),磁滞是由于晶体缺陷和内应力以及磁畴在外磁场减退时就近沿易磁化方向排列而造成的。,“磁滞损耗” (hysteresis loss),正比于BH 回线所围的面积。,28,碳钢、钨钢,三.硬磁和软磁材料：,1.硬磁材料 (hard magnetie material)：,Hc大 ( 102A/m, 一般104-106A/m)，,Br 大（103104 G）。,特点：磁滞回线“胖”，,磁滞损耗大，,适合制作永久磁铁、磁芯（记忆元件）等。,29,“矩磁材料”：,可作记忆元件,30,2.软磁材料(soft magnetic material )：,纯铁、硅钢,Hc小( 102A/m，一般约1A/m）。,特点： 磁滞回线“瘦”，,磁滞损耗小，,适于制作交流电磁铁、变压器铁芯等。,31,四.居里点（Curie point）,（自发磁化减弱）,（磁畴瓦解，表现顺磁性）,Tc是失去铁磁性的临界温度，称“居里点”。,Fe ：Tc = 767,Ni ：Tc = 357,Co ：Tc = 1117,32,五.磁致伸缩, 磁致伸缩。,长度相对改变约10-5量级，,温下可达