磁介质中的磁场PPT课件

1、1磁介质中的磁场磁介质中的磁场1. 1. 磁介质磁介质磁磁 化：化：磁场对场中的物质的作用称为磁化。磁场对场中的物质的作用称为磁化。磁介质：磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。总磁感总磁感强度强度附加磁附加磁感强度感强度外加磁外加磁感强度感强度 磁化后磁化后介质内部的介质内部的总总磁场与附磁场与附加磁场和外加磁场和外磁场的关系：磁场的关系：BBB032. 2. 分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩 分子电流：分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可或原子中各个电子对外界所产生磁

2、效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。 分子磁矩：分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符号矩，用符号 表示。表示。mp 电子的进动：电子的进动：在外磁场在外磁场 的作用下，分子或原的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。为轴线的

3、转动，称为电子的进动。0B 附加磁矩：附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号磁矩，用符号 表示。表示。mp43. 3. 抗磁质的磁化抗磁质的磁化4. 4. 顺磁质的磁化顺磁质的磁化 顺磁材料在外磁场作用下，原先方向杂乱无章顺磁材料在外磁场作用下，原先方向杂乱无章的分子磁矩转向外磁场方向，因而在宏观上呈现出的分子磁矩转向外磁场方向，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性的起一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性的起源。源。 抗磁材料无固有磁矩，在外磁场的作用下，磁抗磁材料无固有磁矩，在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原

4、子的附加磁矩的矢体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和量和 有一定的量值，结果在磁体内激发一个和有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。mp5无磁介质时无磁介质时磁场中充满同磁场中充满同种磁介质时种磁介质时5、磁介质中的安培环路定理、磁介质中的安培环路定理00,rrBBHBHH 或两侧对任意路径两侧对任意路径L积分：积分：定义：磁场强度：定义：磁场强度：0r 介质磁导率介质磁导率6注意：注意：（1）H是总磁场强度，既包括外磁场的贡献，是总磁场强度，既包括外磁场的贡献，也包括磁化后的磁介质对磁场的贡

5、献。也包括磁化后的磁介质对磁场的贡献。（2）对）对I 只是只是传导电流传导电流I。 表明：表明：磁场强度矢量的环流和传导电流磁场强度矢量的环流和传导电流I有关，而有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是中是A/m. 磁介质中的安培环路定理：磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电传导电流流的代数和。的代数和。iiLIl dH有磁介质时的有磁介质时的安培环路定理安培环路定理7 例例1.1.在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已在均匀密绕的螺

6、绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为知螺绕环中的传导电流为 ，单位长度内匝数，单位长度内匝数 ，环的横，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为磁导率分别为 和和 。求环内的磁场强度和磁感应强度。求环内的磁场强度和磁感应强度。Inrr解：解：在环内任取一点，在环内任取一点，过该点作一和环同心、过该点作一和环同心、半径为半径为r r的圆形回路。的圆形回路。由对称性可知，在所取圆形由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的回路上各点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。大小相等，方向都沿切线。N为螺绕

7、环上线圈的总匝数为螺绕环上线圈的总匝数9 例例2、 如图所示，一半径为如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（导的无限长圆柱体（导体体 0 ）中均匀地通有电流）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为，在它外面有半径为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为 的均的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内）圆柱体内一点磁场；（一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。）圆柱面外一点的磁场。解解 （1）当两个无限长的同轴圆柱）当两

8、个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以，以r1为半径作一圆，取此圆为积为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有分回路，根据安培环路定理有IIIR1R2r2r1r310（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是离是r2，则以，则以r2为半径作一圆，根据安为半径作一圆，根据安培环

9、路定理有培环路定理有IIIR1R2r2r1r312 rIHB2222220121222ddRrIRrIrHlHlHr 式中式中 是该环路所包围的电流部分，由此得是该环路所包围的电流部分，由此得2212RrI12EDr0HBr0电介质电介质磁介质磁介质对应关系对应关系求解思路求解思路（1）对称性分析，）对称性分析， 选高斯面选高斯面D（2）由）由 求求内）（SsqSD0d（3）由）由 求求rDE0E（1）对称性分析，选安培环路）对称性分析，选安培环路（2）由）由 求求H）（穿过LLIlH0dB（3）由）由 求求HBr0内）（SsqSD0d介质中的高斯定理：介质中的高斯定理：）（穿过LLIlH0d

10、介质中的安培环路定理介质中的安培环路定理:13与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：(1)(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。(2)(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。(4)(4)具有临界温度具有临界温度Tc，Tc称为居里温度或居里点。称为居里温度或居里点。在在Tc以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质，以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质，不同不同的铁磁质有不同的居里温度的铁磁质有不同的居里温度Tc。纯铁：。纯铁：770C，纯，纯镍：镍：358C。铁磁质铁磁质(3)(3)相对磁导率

11、不是常数，而是随外磁场的变化相对磁导率不是常数，而是随外磁场的变化而变化；具有磁滞现象，而变化；具有磁滞现象， 之间不具有简单的之间不具有简单的线性关系。线性关系。HB、142. 2. 磁滞回线磁滞回线 当铁磁质达到饱和状态后，当铁磁质达到饱和状态后，缓慢地减小缓慢地减小H，铁磁质中的，铁磁质中的B并不按原来的曲线减小，并且并不按原来的曲线减小，并且H= =0时，时，B不等于不等于0，具有一定，具有一定值，这种现象称为值，这种现象称为剩磁剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO 要完全消除剩磁要完全消除剩磁Br，必须，必须加反向磁场，当加反向磁场，当B=0时磁场的时磁场的值值Hc为铁磁质的

12、为铁磁质的矫顽力矫顽力。 当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线曲线磁滞回线磁滞回线。15 B的变化总落后于的变化总落后于H的变化，的变化，称称磁滞现象磁滞现象。 在反复磁化过程中能量的在反复磁化过程中能量的损失叫做损失叫做磁滞损耗磁滞损耗。缓慢磁化缓慢磁化过程，经历一次磁化过程损耗过程，经历一次磁化过程损耗的能量与磁滞回线包围的面积的能量与磁滞回线包围的面积成正比。成正比。

13、-HcdHc-BrefBrcbBHaO16BHOBHO 矫顽力很小矫顽力很小(Hc102Am-1)，磁滞磁滞回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小。回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小。 软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等材料，适用于交变磁场金、铁氧体等材料，适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁和发动机的铁芯。电磁铁和发动机的铁芯。 矫顽力大，剩磁大、磁滞回线矫顽力大，剩磁大、磁滞回线宽，所围的面积大，磁滞损耗大宽，所围的面积大，磁滞损耗大。4. 4. 软磁材料软磁材料5. 5. 硬磁材料硬磁材料17 硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。磁化后能保持很强的磁性