第九章 磁介质电磁学.ppt

1 第9章磁场中的磁介质 本章研究把磁介质引进磁场后磁场与磁介质的相互作用及有磁介质存在时磁场的计算问题 2 第9章磁场中的磁介质 一 磁介质磁化规律二 有磁介质时磁场的计算三 铁磁质 3 电极化现象 磁化现象 原因 原因 一 磁介质磁化规律 磁介质 与磁场有相互作用的物质 所有物质 磁介质的磁化规律可与电介质的极化规律对比 4 1 磁介质的磁化 磁化现象 外磁场下 表面 磁化电流I 磁性 磁介质对磁场的影响 5 磁介质分类 顺磁质 抗磁质 铁磁质 顺磁质 抗磁质 铁磁质 B B0 铝 锰 铂 B B0 铅 铜 锌 B B0 纯铁 硅钢 磁介质对磁场的影响来源于其内部机制 磁介质对磁场的影响 某些磁介质的相对磁导率见书P287表9 1 6 2 原子的磁距 电子的磁矩 电子的轨道运动电流 轨道磁矩 电子轨道运动的角动量 电子轨道磁矩与轨道角动量的关系 7 2 磁化原因 顺磁质的磁化 顺磁质分子有固有的分子磁矩 主要是电子 m分 10 23A m2 热运动使完全 混乱 不显磁性 轨道和自旋磁矩的贡献 8 抗磁质的磁化 抗磁质的分子固有磁矩为0 不显磁性 显示抗磁性 9 磁化强度与磁化电流的关系 等于沿轴线单位长度上的磁化电流 即磁化电流密度等于磁化强度沿该表面处的分量 当磁化强度与介质表面不平行时 10 磁化强度的环流 磁化强度M沿闭合回路的线积分等于该回路包围的磁化电流代数和 11 二 有磁介质时磁场的计算 真空中 介质中 总磁场 为磁场强度 单位 安 米 式中 为穿过回路的总电流 定义 1 H的环路定理 12 磁场强度对回路l的线积分等于穿过该回传导电流的代数和 有介质存在时的环路定理 穿过回路传导电流代数和 对各向同性的顺磁质或抗磁质 有 磁化率 2 B与H的关系 13 真空中 由 有介质时的高斯定律 3 有介质时的高斯定律 14 有介质存在时B的求法 1 根据传导电流的分布 分析磁场的对称性 2 选取合适的积分环路 使H从积分号提出来 3 计算传导电流代数和 由H环路定理求出H 4 根据B与H的关系求B 15 例1一铁环中心线周长 30cm 横截面S 1 0cm2 环上密绕N 300匝的线圈 当导线中电流I 32mA时 通过环截面的磁通 2 10 6wb 试求铁芯的磁化率Xm 分析 H B 16 例2一细螺绕环 它由表面绝缘的导线在铁环上密绕而成 每厘米绕10匝 I 2A时 测得环内B为1 0T 则铁环的相对磁导率 r为 A 796 B 398 C 199 D 63 3 17 例3同轴电缆由一导体圆柱 半径为a 和同轴导体园管 内外半径为b c 构成 二者之间充满 磁介质 电流I从导体圆柱流去 从导体管流回 求磁感应强度分布 解电流轴向分布 磁力线为同心圆 选磁力线为积分环路 对所有磁力线环路成立 18 闭合环路包围的传导电流 19 20 21 1 起始磁化曲线 2 曲线 r随H变化 三 铁磁质 1 铁磁质的磁化特性 B H 0 r 恒量 可以很大 H 时 B 饱和Bs 22 3 磁滞回线 当温度高到某一特定温度值时 铁磁材料的所有特性消失而成为顺磁质 这一临界温度叫作居里点 铁磁质中B的变化总是落后于外加磁场H变化 即H 0时 B 0的剩磁现象称为磁滞现象 退掉剩磁需要矫顽力 磁滞回线说明铁磁质的B与H的关系是非线性的 与磁化历史有关 Br 剩磁Hc 矫顽力 23 2 铁磁质的磁化机理 磁畴理论 当时 1 磁畴在磁介质内形成的一个个微小的自发磁化区域 在每个小区域内 原子磁矩排列整齐 取向相同 因而具有很强磁性 2 磁畴理论 磁畴取向杂乱无章 不显磁性 当时 每个磁畴的磁矩都沿B0方向 宏观上显示很强的附加磁场 24 各种材料磁畴线度相差较大 磁畴体积约为10 6 mm 3 一个磁畴中约有1012 1015个原子 磁畴磁矩沿某个易磁化方向 directionofeasy 所有的磁畴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 magnetization 排列 易磁化方向由晶体结构决定 25 3 硬磁和软磁材料 硬磁材料 hardmagneticmaterial 特点 磁滞损耗大 适合制作永久磁铁 Br也大 磁芯 记忆元件 等 一般Hc为104 106A m 一般为103 104G 磁滞回线 胖 26 矩磁材料 Br Br 0 1 可作记忆元件 27 软磁材料 softmagneticmaterial Hc小 102A m 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 特点 一般约Hc为1A m 28 3 居里点 Curiepoint 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 29 4 磁致伸缩 磁致伸缩 长度相对改变约10 5量级 温下可达10 1 某些材料在低 磁致伸缩有一定固有频率 化频率和固有频率一致时 发生共振 当外磁场变 可用于制作激振器 超声波发生器等 30 静电场与稳磁场比较 静电场 稳恒磁场 场源 静止电荷dq 定常运动电荷 稳定电流Idl 场力 静电力 稳流导线互作用 运动电荷互作用 电场强度E 磁感应强度B 库仑定律 安培力定律 典型场源 电偶极子 圆电流 基本规律 物理量 小结 31 静电场 稳恒磁场 通量 高斯定律 真空中 介质中 真空中 介质中 电力线 有源有尾 磁感应线 闭合线 场本质 有源场 无旋场 有旋场 无源场 全部电荷代数和 自由电荷代数和 32 静电场 稳恒磁场 场环流 介质 两种极化机制 多种磁化机制 束缚电荷 分子电流 介质中环流定理 33 电场与磁场是统一体 电荷相对静止 电场