稳恒磁场4(磁介质).ppt

7 9磁介质的磁化 一 磁介质磁化强度 1 磁介质的分类 I I 磁介质对螺线管内的场有影响 加介质之前 螺线管内磁场强度为B0 加介质后为B 顺磁质 定义 如 锰 铬 铂 氮 氧等 如 汞 铜 铋 银 氢等 如 铁 钴 镍等 r不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同 抗磁质 铁磁质 相对磁导率 2 顺磁质和抗磁质 实物的基本组成单元 分子 原子 电子 电子运动 绕核运动 圆电流 轨道磁矩 1 分子磁矩 自旋运动 自旋磁矩 两种运动磁效应的总和 分子圆电流 分子的固有磁矩 两类磁介质 0 顺磁质 抗磁质 0 顺磁质内磁场 2 顺磁质的磁化 无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗磁质内磁场 抗磁质的磁化 3 抗磁质的磁化 处于外磁场时 电子受库伦力和洛仑兹力作用 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 超导体是完全抗磁体 在外磁场中超导体内 0 式中是体积 V内的分子磁矩或分子感生磁矩的矢量和 单位为 A m 1 3 磁化强度矢量 为表征磁介质的极化状态 定义磁化强度矢量 在单位体积内分子磁矩的矢量和 以M表示 即 主要学习均匀磁化 介质磁化后 磁介质内部分子磁矩重新排列 内部分子电流总是相反 互相抵消 只在边缘形成近似环形电流 称为磁化电流I 二 磁介质中的安培环路定理 在圆柱形磁介质表面沿轴线方向单位长度的磁化电流 称为磁化电流面密度Is 假设磁介质被均匀磁化 则在长为L 截面积为S的磁介质中 在磁介质内外横跨边缘处 选择如图所示的ABCD矩形环路 其中AB l 根据安培环路定理 引入辅助物理量 磁场强度矢量 在有磁介质的磁场中 沿任意闭合路径磁场强度的线积分等于该路径所包围的传导电流的代数和 物理意义 SI制中磁场强度H的单位 安培 米 A m 则有 磁介质中的安培环路定理 实验表明 各向同性的磁介质和抗磁质 磁化强度与磁场强度成正比 即 令 r 1 为磁介质的相对磁导率 则 B 0 rH H 磁场强度和磁化强度的单位都是A m 1 0 r称为磁介质的绝对磁导率 注 真空中 0 r 1 0 于是B 0H 称为磁介质的磁化率 例1 长直单芯电缆的芯是一根半径为R1的金属导体 它与外壁 R2 之间充满相对磁导率为 r的均匀磁介质 电流I从芯流过再沿外壁流回 求介质中磁场分布 解 根据电流分布的轴对称性 磁场分布是以中心线为轴的同心圆分布 选中心线为轴 半径为r的圆为积分路径 0 r R1 R1 r R2 r R2 1 磁畴 三 铁磁质 磁畴 铁磁体内存在着无数个线度约为10 4m的小区域 在每个小区域内 所有原子的磁矩全都向着一个方向排列 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 饱和状态时磁场强度很大 这就是铁磁质磁性 r大的原因 说明 2 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 如 铁为1040K 钴为1390K 镍为630K 2 磁化曲线 装置 环形螺绕环 用铁磁质充满环内空间 原理 根据安培定理由通有的传导电流得 实验测量B 磁滞效应 1 初始磁化曲线 2 剩磁Br 饱和磁感应强度Bm 3 矫顽力Hc 3 铁磁质的磁滞回线 铁磁质的磁化状态并不能由电流I或H值单值确定 它还取决于该铁磁质此前的磁化历史 4 磁滞回线 5 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 不同的铁磁质的磁滞回线的形状不同 表示它们各具有不同的剩磁和矫顽力Hc 4 铁磁性材料 1 软磁材料 纯铁 坡莫合金 Fe Ni 硅钢等 如 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 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 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 磁滞特性非常显著 适用于做永磁铁 特点 3 矩磁铁氧体 磁性瓷 具有高磁导率和高电阻率 常用于高频技术及计算机记忆元件 特点 5 磁屏蔽 把磁导率不同