大学物理15-5.ppt

一 均匀磁场作用于载流线圈的磁力矩 平面线圈在均匀磁场中所受合力都为0 回顾 向里 稳定平衡 均匀磁场作用于载流线圈的磁力矩 M N O P 侧视 向外 侧视 向里 当电流方向与刚才的相反 侧视 向外 侧视 向里 不稳定平衡 顺磁质 定义 如 铁 钴 镍等 抗磁质 铁磁质 磁介质的分类 I I 相对磁导率 一 磁介质 15 5磁场中的磁介质 0 0 二 磁介质的磁化 1 顺磁质的磁化 可见 Bo 强 当介质处在外磁场中 电子轨道磁矩受磁力矩 在磁力矩作用下 轨道角动量绕磁场方向旋进 电子附加一个磁矩 讨论 1 顺磁性介质处在外磁场时 其体内磁场 抗磁性介质处在外磁场时 其体内磁场 2 介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有 有 3 若将一磁介质放入磁场中 你如何判断该介质是顺磁还是抗磁介质 4 超导体是完全抗磁体 在外磁场中超导体内 0 注 表面分子磁化电流不是自由电荷定向运动形成 三 磁介质中的安培环路定理 1 磁化电流 束缚电流 以无限长螺线管为例 在磁介质内部的任一小区域 相邻的分子环流的方向相反 在磁介质表面处各点 分子环流未被抵消 形成沿表面流动的面电流 束缚电流 介质中磁场由传导电流和束缚电流共同产生 2 磁介质中的安培环路定理 Ii 为环路所包围的传导电流 Is 为环路所包围的是磁化电流 难以测量 3 引入磁场强度H 令 式中 称为磁介质的磁导率 则安培环路定理就可以写成如下形式 磁介质中的安培环路定理 磁介质内磁场强度沿所选闭合路径的环流等于闭合积分路径所包围的所有传导电流的代数和 H的单位 A m SI 一定条件下 可用安培环路定理求解磁场强度 然后再求解磁感应强度 比较 例1 如图所示 一电缆由半径为R1的长直导线和套在外面的内 外半径分别为R2和R3的同轴导体组成 其间充满相对磁导率为 r的各向同性非铁磁质 电流I由半径为R1的中心导体流入纸面 由外面圆筒流出纸面 电流在导体横截面上均匀分布 求磁场分布 解 由于电流分布和磁介质分布具有轴对称性 可知磁场分布也有轴对称性 H线和B线都是在垂直于轴线的平面内 并以轴线上某点为圆心的同心圆 于是选取距轴线距离r为半径的圆为安培环路L 取顺时针方向为绕行方向 应用式 15 52 介质中安培环路定理则有 H和B随离轴线距离变化的曲线 四 铁磁质 1 主要特征 能产生非常大的附加磁场B 甚至千倍于外磁场B0 而且同方向 B和H不是线性关系 是一复杂函数关系 即相对磁导率 r可以很大但不是常量 r是磁场强度H的函数 B的变化落后于H的变化 称磁滞现象 当H 0时 有剩磁现象 各种不同铁磁质各有一临界温度Tc 当T Tc时 失去铁磁性 成为一般顺磁质 Tc称为铁磁质的居里点 如铁的居里点为1040K 镍的居里点是631K等等 2 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 原理 根据安培定理由通有的传导电流得 结论 在螺绕环磁隙处测量 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BS 3 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 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 自发的磁化区域 铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩 3 铁磁质磁化的机制 磁畴的变化可用金相显微镜观测 H 0 H B 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 磁畴 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 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 磁畴 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 CuriePoint 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 4 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 HdB面积小 易磁化 易退磁 纯铁 坡莫合金 Fe Ni 硅钢 铁氧体等 如 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