第5章 磁介质中的恒定磁场.doc

第5章 磁介质中的恒定磁场l 静止电荷之间存在相互作用，它是通过电场完成的。静止电荷在它周围将激发电场，该电场对另外的静止电荷产生作用力，叫电场力。l 运动电荷之间存在运动产生的相互作用，它是通过磁场完成的。运动电荷在它周围将激发磁场，该磁场对另外的静止电荷不产生作用力，而对另外的运动电荷将产生作用力，叫磁场力。l 磁场用磁感应强度和磁场强度描写，它们也都是空间位置的函数。l 电荷在导体中作恒定流动(恒定电流)时在它周围所激发的磁场不随时间而变化，是一个恒定场，叫恒定磁场。5-1 磁介质的磁化1. 磁介质l 磁介质：能够改变外加磁感应强度分布的介质叫磁介质；l 磁介质的磁化：在外加磁感应强度的作用下，磁介质内部状态发生改变叫磁介质的磁化；l 磁介质的附加磁感应强度：磁化的磁介质能够激发磁感应强度，这个磁感应强度叫磁介质的附加磁感应强度；l 磁介质中的磁感应强度：磁介质中的磁感应强度是外加磁感应强度与磁介质的附加磁感应强度之和l 顺磁质：使的磁介质叫顺磁质，顺磁质激发的附加磁感应强度与加磁感应强度的方向基本一致：锰、铬、铂、氮等。l 抗磁质：使的磁介质叫抗磁质，抗磁质激发的附加磁感应强度与加磁感应强度的方向基本相反：水银、铜、铋、氯、氢、银、金、锌、铅等。l 铁磁质：使的磁介质叫铁磁质，铁磁质激发的附加磁感应强度与加磁感应强度的方向基本一致且大于：铁、镍、钴等l 磁介质磁性的测试方法：N S 磁介质不均匀强磁场 细线 吧 顺磁质，向强场移动细线 吧 铁磁质，向强场剧烈移动细线 吧 抗磁质，向弱场移动细线 吧 2. 分子电流和分子磁矩分子 等效 I 分子电流 分子磁矩 pm 等效 l 分子电流和分子磁矩：分子或原子中的所有电子的运动可以等效为一个园电流，这个电流叫分子电流，分子电流的磁矩叫分子磁矩。 l 分子角动量：分子或原子中的所有电子的运动也可以等效为一个具有一定质量和一定负电荷的粒子的高速圆周运动，这个圆周运动的角动量叫分子角动量；分子 等效 圆周运动的带电粒子 分子角动量 等效 l 分子磁矩与分子角动量各自是独立的，分子磁矩无分子角动量效应，分子角动量无分子磁矩效应，这是一种逻辑分离；l 分子的附加进动磁矩：分子在外磁场中时，具有分子角动量的带负电荷等效粒子的将产生进动，使带负电荷产生了附加进动磁矩，附加进动磁矩总是与外磁场反向。-q,m,v L的进动 l 分子的附加取向磁矩：分子在外磁场中时，分子磁矩将产生转动，使分子磁矩产生了附加取向磁矩，附加取向磁矩总是与外磁场同向。 pm的转动 l 分子外磁场中的分子磁矩变成:l 磁介质在无外磁场时的分子总磁矩：体积中有大量的分子磁矩，由于热运动，这些分子磁矩之和为零：l 磁介质有外磁场时的分子总磁矩：由于热运动，体积中有大量的分子磁矩，由于有与热运动无关的附加磁矩，所以这些分子磁矩之和不为零：3. 抗磁质的磁化l 抗磁质的分子电流的分子磁矩。l 由于抗磁质分子电流的分子磁矩，它在有外磁场中时，只产生附加进动磁矩，不产生附加取向磁矩，因此体积中的分子磁矩之和与外磁场反向，磁化表现为抗磁特性：与外磁场反向4. 顺磁质的磁化l 顺磁质的分子电流的分子磁矩；l 由于抗磁质分子电流的分子磁矩，它在有外磁场中时，不但产生附加进动磁矩，也产生附加取向磁矩，并且一般附加取向磁矩比附加进动磁矩大，因此体积中的分子磁矩之和与外磁场反向，磁化表现为抗磁特性：与外磁场同向5-2 磁化强度和磁化电流1. 磁化强度：l 磁化强度定义：l 磁化强度单位：；l 磁介质磁化后在空间任何一点的磁化强度都一样时叫均匀磁化反之叫非均匀磁化；l 抗磁质的磁化强度与外磁场反向，它激发的附加磁场也与外磁场反向；l 顺磁质的磁化强度与外磁场同向，它激发的附加磁场也与外磁场同向；。2. 磁化电流：l 磁化面电流密度： () l 磁化体电流密度： （）5-3 磁介质中的磁场1. 磁介质中的安培环路定理l 磁化电流对安培环路定理的影响：l 磁场强度：单位：A/ml 磁介质中的安培环路定理2. 矢量B、M、H的关系l 基本关系：l 线性磁介质中M与B的关系：l 线性磁介质中M与H的关系： ，3. 线性磁介质的磁化率：（在对称均匀条件下：）：磁化率：顺磁质：抗磁质4. 线性磁介质的磁导率：相对磁导率：顺磁质：抗磁质：绝对磁导率5. 安培环路定律的应用例子：l 例12-2l 例12-36. 磁场强度H与外磁感应强度的关系：l 无磁介质螺绕环内的磁感应强度：l 有磁介质螺绕环内的磁场强度和磁感应强度： l 均匀磁介质重满整个磁场空间时候有关系：5-4 铁磁质1. 铁磁质的特点l 铁磁质应用最广泛l 特别强，使得，；l 与不一定平行，不是常数，是的函数-非线性；l 滞后()的变化，当外场回零（）时；l 存在一个居里点温度，当温度高于居里点，为顺磁质，温度低居里点才是铁磁质。铁的居里点：1040K，镍的居里点：631K，钴居里点：1388K。2. 磁化曲线l 测量方法：H,B,M同方向且有成立的装置设计测量测量B计算Ml M-H曲线MMS H A B C O 饱和磁化强度 初始部分 线性部分 饱和部分 l B-H曲线和-H曲线BH B O 3. 磁滞回线l 磁滞回线BHS H-HS -BS BS 饱和 -Br Br剩磁 HC -HC 矫顽力 磁滞回线l 剩磁：外磁场撤去，铁磁质还具有磁性。l 矫顽力：矫顽力越大，退磁越难l 磁滞损耗：磁滞回线面积越大，磁滞损耗越大4. 软磁材料l 矫顽力小，退磁容易l 磁滞回线面积小，磁滞损耗小。l 适合于制造变压器、继电器、电磁铁等电器设备。BH5. 磁材料l 矫顽力大，退磁难l 剩磁大：外磁场撤去，铁磁质还具很强的磁性。BHl 适合于制造永久磁铁等设备。6. 磁畴l 磁畴：相邻铁原子中的电子之间交换耦合使得各个电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，它叫做磁畴。l 没有外场下磁畴的排列：磁畴各方向排列，达到能量最小的稳定状态，整体无磁性。单晶多晶l 有外场下磁畴的排列： 磁畴磁矩方向与H方向大致相同的，磁畴体积随H的增加而增大。 磁畴磁矩方向与H方向大致相反的，磁畴体积随H的增加而减小。 所有磁畴磁矩方向与H方向都大致相同，磁畴体积不变。 磁畴磁矩方向趋向H方向转动，并随H增加最后全部同相于H方向，达到饱和。H H 逐渐增加使铁磁质的