第7章+磁介质.ppt

1 第7章磁介质 2 第7章磁介质 1磁介质存在时静磁场的基本规律 2顺磁性与抗磁性 3铁磁性与铁磁质 4磁路及其计算 5磁场的能量 3 磁性是物质的基本属性 就像物质具有质量和电性一样 换句更简单的话说就是 一切物质都具有磁性 1磁介质存在时静磁场的基本规律 一 磁介质的分类 磁介质 能与磁场产生相互作用的物质 磁化 磁介质在磁场作用下所发生的变化 4 附加磁场 磁导率 描述不同磁介质磁化后对原外磁场的影响 传导电流产生 介质的相对磁导率 顺磁质抗磁质铁磁质 在介质均匀充满磁场的情况下 5 1 顺磁质 3 铁磁质 2 抗磁质 4 超导体 或根据的大小和方向可将磁介质分为四大类 二 磁介质的磁化磁化电流1 分子电流分子磁矩每个分子等效一个圆电流 6 2 磁化电流由于分子磁矩的取向一致考虑到它们相对应的分子电流如长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质将被均匀磁化 分子磁矩 电子绕核的轨道运动 电子本身自旋 7 三 磁化强度磁化强度 极化强度 对比电介质 I 磁化电流 8 四 磁化强度与磁感应强度关系各向同性线性磁介质 介质的磁化率 对比电介质 极化率 9 五 磁化强度与磁化电流的关系 对比电介质 推导 见教材285页 磁化电流面密度 磁化强度对闭合回路L的线积分 等于穿过以L为周界的任意曲面的磁化电流的代数和 10 推导 S 穿过L所围曲面 S的磁化电流 则套住dl的分子电流 设分子浓度为n 11 六 磁介质中的高斯定理 通过磁场中任一闭合曲面的总磁通量为零 磁介质中的高斯定理 12 考虑到磁化电流 1 式则需加以修正 七 磁场强度 磁介质中的安培环路定理 设 I0 传导电流 I 磁化电流 13 I 定义 14 得 H的单位 真空 奥斯特Oe SGSM A m SI 的环路定理 在稳恒磁场中 磁场强度矢量沿任一闭合路径的线积分 即环流 等于包围在环路内各传导电流电流的代数和 而与磁化电流无关 15 八 磁场强度 磁感应强度的关系 介质的磁导率 各向同性非铁磁质 九 静磁场与静电场方程的对比 16 电介质中的高斯定理 磁介质中的安培环路定理 17 称为相对电容率或相对介电常量 之间的关系 之间的关系 18 例1一无限长载流圆柱体 通有电流I 设电流I均匀分布在整个横截面上 柱体的磁导率为 柱外为真空 求 柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度 解 十 环路定理的应用举例 19 在分界面上H连续 B不连续 20 例2一环形螺线管 管内充满磁导率为 相对磁导率为 r的顺磁质 环的横截面半径远小于环的半径 单位长度上的导线匝数为n 求 环内的磁场强度和磁感应强度 解 21 2顺磁性与抗磁性 一 顺磁质及其磁化 分子的固有磁矩不为零 无外磁场作用时 由于分子的热运动 分子磁矩取向各不相同 整个介质不显磁性 22 有外磁场时 分子磁矩要受到一个力矩的作用 使分子磁矩转向外磁场的方向 分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致 顺磁质磁化结果 使介质内部磁场增强 23 二 抗磁质及其磁化 分子的固有磁矩为零 在外磁场中 抗磁质分子会产生附加磁矩 电子绕核的轨道运动电子本身自旋 外磁场场作用下产生附加磁矩 电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用 抗磁性是一切磁介质共同具有的特性 24 一 磁化曲线 装置 环形螺绕环 铁磁质Fe Co Ni及稀钍族元素的化合物 能被强烈地磁化 实验测量B 如用感应电动势测量或用小线圈在缝口处测量 由得出曲线 铁磁质的不一定是个常数 它是的函数 原理 励磁电流I 用安培定理得H 3铁磁性与铁磁质 25 二 磁滞回线 26 B的变化落后于H 从而具有剩磁 即磁滞效应 每个H对应不同的B与磁化的历史有关 磁滞回线 不可逆过程 在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比 铁磁体于铁电体类似 在交变场的作用下 它的形状会随之变化 称为磁致伸缩 10 5数量级 它可用做换能器 在超声及检测技术中大有作为 27 三 铁磁性的起因 磁畴 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 多晶磁畴结构示意图 28 显示磁畴结构的铁粉图形 29 三种铁磁性物质的磁畴 30 临界温度 铁磁质的居里点 每种磁介质当温度升高到一定程度时 由高磁导率 磁滞 磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失 而变为顺磁性 不同铁磁质具有不同的转变温度如 铁为1040K 钴为1390K 镍为630K 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 31 3 有磁滞现象 铁磁质的特性 2 高 值 有很大的磁导率 放入线圈中时可以使磁场增强102 104倍 4 有居里点 温度超过居里点时 铁磁质转变为顺磁质 非线性 磁导率 不是一个常量 它的值不仅决定于原线圈中的电流 还决定于铁磁质样品磁化的历史 B和H不是线性关系 32 四 铁磁质的分类及其应用 软磁材料作变压器的 纯铁 硅钢坡莫合金 Fe Ni 铁氧体等 r大 易磁化 易退磁 起始磁化率大 饱和磁感应强度大 矫顽力 Hc 小 磁滞回线的面积窄而长 损耗小 HdB面积小 主要用于电磁能的转换 还用于继电器 电机 以及各种高频电磁元件的磁芯 磁棒 1 软磁材料 33 2 硬磁材料 作永久磁铁 钨钢 碳钢 铝镍钴合金 3 矩磁材料 作存储元件 矫顽力 Hc 大 102A m 剩磁Br大磁滞回线的面积大 损耗大 还用于磁电式电表中的永磁铁 耳机中的永久磁铁 永磁扬声器 锰镁铁氧体 锂锰铁氧体 应用 作计算机中的记忆元件磁化时极性的反转构成了 0 与 1 特点 磁滞回线呈矩形状 34 4磁路及其计算 一 磁路 磁路 线的主要通路 电路 无分支电路各截面I相等 磁路 无分支磁路各截面相等 35 二 磁路定律及其计算 1 磁路的欧姆定律 36 通电线圈 电源 对比一段导体电阻公式 磁阻 37 对比 磁动势 也称安匝数 无分支闭合磁路的欧姆定律 单位 磁阻 1 亨磁动势 安匝 38 2 磁阻的串并联 串联 并联 3 磁路基尔霍夫定律 第一定律 第二定律 39 磁路定律不外是磁场的 高斯定理 和 安培环路定理 的具体应用 磁路与电路类似纯粹是形式上的类似 在物理本质上没有任何共同点 载流子 断路等 例题见书310页例题1 例题2 三 铁磁屏蔽 见书313页 40 6磁场的能量 磁场能量密度 单位体积中储存的磁场能量wm 螺线管特例 任意磁