《物质的磁性》PPT课件.pptVIP

1 15 1磁介质对磁场的影响 15 2原子的磁矩 15 3磁介质的磁化 15 4H的环路定理 15 5铁磁质 第15章磁场中的磁介质 magneticmediuminmagneticfield 2 1 磁介质 能影响磁场的物质称磁介质 2 磁化 磁介质在磁场中呈现磁性的现象 15 1磁介质对磁场的影响 磁介质发生磁化 产生附加磁场B Bo外场 B 附加场 B磁介质中的场 实验发现 磁介质中的磁感应强度 注意 r只与磁介质的种类有关 3 磁介质分类 顺磁质抗磁质铁磁质 弱磁质 3 磁介质由大量分子或原子组成 分子内电子绕核旋转 分子电流i i 无外场Bo时 分子的磁矩排列杂乱无章 有外场Bo时 分子磁矩沿外场转向 分子磁矩的矢量和 介质内分子磁矩的矢量和 Bo 16 3磁介质的磁化 15 2原子的磁矩 4 从导体横截面看 导体内部分子电流两两反向 相互抵消 导体边缘分子电流同向 分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流Is Is产生附加磁场B Is Is B 影响磁场 磁化电流Is可产生附加磁场B 但无热效应 因为无宏观电荷的移动 磁化电流束缚在介质表面上 不可引出 因此 磁化电流也称为束缚电流 5 一 问题的提出 在真空中的安培环路定理中 将其应用在磁介质中时 I为所有电流的代数和 如果求B需用磁化电流Is 不方便求 15 4 磁介质中安培环路定理 二 磁介质中的安培环路定理 磁场强度沿闭合路径的线积分 等于环路所包围的传导 自由 电流的代数和 定义 磁场强度 6 H是为消除磁化电流的影响而引入的 它是一个辅助物理量 几点说明 若 磁场强度的单位安培 米 A m 不一定环路上各点的H为0 因为H是环路内 外电流共同产生的 若 不一定环路内无电流 m 磁化率 7 三 应用介质中安培环路定理解题方法 1 场对称性分析 2 选取环路 3 求环路内传导电流的代数和 Ic 4 由 求H 由 求B 8 解 由螺线管的磁场分布可知 管内的场各处均匀一致 管外的场为0 作abcda矩形回路 回路内的传导电流代数和为 在环路上应用介质中的环路定理 例题 一无限长直螺线管 单位长度上的匝数为n 螺线管内充满相对磁导率为 r的均匀磁介质 导线圈内通电流I 求管内磁感应强度 9 有 10 一 磁介质的磁化曲线 不同磁介质的磁化曲线不同 15 5铁磁质 顺磁介质与抗磁介质的B与H具有线性关系 磁化曲线为直线 铁磁质B与H无线性关系 磁化曲线为曲线 二 铁磁质的特性 非线性 B和H不是线性关系 磁导率 不是一个常量 2 高 值 有很大的磁导率 放入线圈中时可以使磁场增强 11 三 铁磁介质的磁化机制 磁畴 铁磁质内存在许多自发磁化的小区域 称为磁畴 磁畴的大小 形状不一 磁畴的体积约为10 12m3 在无外磁场时 各磁畴排列杂乱无章 铁磁质不显磁性 在外磁场中 各磁畴沿外场转向 介质内部的磁场迅速增加 在铁磁质充磁过程中伴随着发声 发热 12 随着外磁场增加 能够提供转向的磁畴越来越少 铁磁质中的磁场增加的速度变慢 最后外磁场再增加 介质内的磁场也不会增加 铁磁质达到磁饱和状态 起始磁化曲线 13 四 磁滞回线 观察当外磁场变化一个周期时 铁磁质内部的磁场变化曲线 起始磁化曲线为OC C 当外磁场减小时 介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回 而是滞后于外磁场变化 磁滞现象 当外磁场为0时 介质中的磁场并不为0 有一剩磁Br 矫顽力 加反向磁场Hc 使介质内部的磁场为0 继续增加反向磁场 介质达到反向磁饱和状态 改变外磁场为正向磁场 不断增加外场 介质又达到正向磁饱和状态 磁化曲线形成一条磁滞回线 Br Hc Hc 14 五 铁磁材料分类 1 软磁材料 磁滞回线细长 剩磁很小 如 软铁 坡莫合金 铁镍合金等 由于软磁材料磁滞损耗小 适合用在交变磁场中 如变压器铁芯 继电器 电动机转子 定子都是用软件磁性材料制成 2 硬磁性材料 磁滞回线较粗 剩磁很大 这种材料充磁后不易退磁 适合做永久磁铁 如碳钢 铝镍钴合金和铝钢等 可用在磁电式电表 永磁扬声器 耳机以及雷达中的磁控管等 15 3 非金属氧化物 铁氧体 磁滞回线呈矩形 又称矩磁材料 剩磁接近于磁饱合磁感应强度 具有高磁导率 高电阻率 它是由Fe2O3和其他二价的金属氧化物等粉末混合烧结而成 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 16 六 退磁方法 1 加热法 当铁磁质的温度升高到某一温度时 磁性消失 由铁磁质变为顺磁质 该温度为居里温度tc 当温度低于tc时 又由顺磁质转变为铁磁质 铁的居里温度tc 770 C 30 的坡莫合金居里温度tc 70 C 利用铁磁质具有居里温度的特点 可将其制作温控元件 如电饭锅自动控温 原因 由于加热使磁介质中的分子 原子的振动加剧 提供了磁畴转向的能量 使铁磁质失去磁性 2 敲击法 通过振动可提供磁畴转向的能量 使介质失去磁性 如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小 17 4 加交变衰减的磁场 使介质中的磁场逐渐衰减为0 应用在录音机中的交流抹音磁头中 3 加反向磁场 加反向磁场 提供一个矫顽力Hc 使铁磁质退磁 18 磁场小结 19 1 磁场的计算 1 毕奥 萨伐尔定律 2 电流产生磁场 3 安培环路定理 4 运动电荷产生的磁场 2 磁通量 实际应用时用分量计算 20 3 磁场方程 1 磁场高斯定理 稳恒磁场无源 2 安培环路定理 稳恒磁场有旋 4 载流线圈的磁矩 5 电磁相互作用 1 安培定律 2 磁场对载流导线的安培力 3 磁场对载流线圈的作用力矩 4 磁场对运动电荷的洛仑兹力 21 1 直电流的磁场 无限长载流直导线 直导线延长线上 本章一些重要的结论 22 2 圆电流轴线上某点的磁场 1 载流圆环圆心处的 2 载流圆弧圆心角 23 3 长直载流螺线管 5 环行载流螺线管 4 无限大载流导体薄板 板上下两侧为均匀磁场 24 1 哪一幅曲线图能确切描述载流圆线圈在其轴线上任意点所产生的B随x的变化关系 x坐标轴垂直于圆线圈平面 原点在圆线圈中心o C 习题 25 2 取一闭合积分回路L 使三根载流导线穿过它所围成的面 现改变三根导线之间的相互间隔 但不越出积分回路 则 B A 回路L内的 I不变 L上各点的B不变 B 回路L内的 I不变 L上各点的B改变 C 回路L内的 I改变 L上各点的B不变 D 回路L内的 I改变 L上各点的B改变 3 边长为l的正方形线圈中通有电流 此线圈在A点 见图 产生的磁感应强度B为 A 26 4 一载有电流I的细导线分别均匀密绕在半径为R和r的长直圆筒上形成两个螺线管 R 2r 两螺线管单位长度上的匝数相等 两螺线管中的磁感应强度大小BR和Br应满足 B 27 5 如图 边长为a的正方形的的四个角上固定有四个电量均为q的点电荷 此正方形以角速度w绕AC轴旋转时 在中心点o产生的磁感应强度大小为B1 此正方形同样以角速度w绕过点o垂直与正方形平面的轴旋转时 在点o产生的磁感应强度的大小为B2 则B1与B2间的关系为 A B1 B2 B B1 2B2 C B1 B2 2 D B1 B2 4 C 28 6 一铜条置于均匀磁场中 铜条中电子流的方向如图所示 试问下述那种情况将会发生 A A 在铜条上a b两点产生电势差 且Ua Ub B 在铜条上a b两点产生电势差 且Ua Ub C 在铜条上产生涡流 D 电子受到洛仑兹力而加速 29 7 如图 长载流导线ab和cd相互垂直 它们相距l ab固定不动 cd能绕中点O转动 并能靠近或离开ab 当电流方向如图所示时 导线cd将 A 顺时针转动同时离开ab B 顺时针转动同时靠近ab C 逆时针转动同时离开ab D 逆时针转动同时靠近ab D 30 8 两半径为R的相同导体细圆环 互相垂直放置 且两接触点A B连线为环的直径 现有电流1沿AB连线方向由A端流入 再由B端流出 则环中心处的磁感应强度大小为 A A 0 C B D E 31 9 一半径为R2带电薄圆盘 其中半径为R1的阴影部分均匀带正电荷 面电荷密度为 其余部分均匀带负电荷 面电荷密度为 当圆盘以角速度 旋转时 测得圆盘中心点o的磁感应强度为零 问R1与R2满足什么关系 解 当带电圆盘转动时 可看作无数个圆电流的磁场在o点的迭加 半径为r 宽为dr的圆电流dI 2 rdr 2 rdr 磁场dB 0dI 2r 0 R 2 阴影部分产