磁场中的磁介质ppt

1、磁场中的磁介质ppt1第1页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五一、磁介质二、 磁介质磁化的微观机理三、磁化电流与磁化强度四、H的环路定理五、铁磁质六、简单的磁路2第2页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五一、磁介质传导电流产生与介质有关的电流产生均匀介质充满磁场的情况下介质的相对磁导率1.磁介质的定义在磁场中会受磁场影响而发生变化,反过来又对磁场产生影响的物质就叫磁介质.2.磁介质对磁场的影响3第3页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五3.磁介质的分类顺磁质抗磁质铁磁质r是常数r是常数r不是常数常见的顺磁质有:铝、铂、氧等.常见的抗磁质有

2、:铜、汞、氢等.常见的铁磁质有:纯铁、硅钢、坡莫合金等.4第4页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五二、 磁介质磁化的微观机理原子磁矩与分子固有磁矩电子绕核的轨道运动以及电子的自旋可等效为一个圆电流顺磁质轨道角动量对应的磁矩自旋角动量对应的磁矩分子的固有磁矩是其中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和抗磁质= 05第5页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五一个电子的轨道磁矩设电子绕原子核运动的速率为v，轨道半径为r，则其中所以又因为电子绕原子核运动的角动量大小为故一个电子的轨道磁矩为6第6页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五根据量子力学，电

3、子轨道角动量是量子化的，所以因此根据量子力学，电子还具有自旋运动，称为内禀（固有）自旋.由自旋产生的磁矩称为内禀（固有）自旋磁矩.计算表明一个电子的内禀（固有）自旋磁矩的大小为这一磁矩称为玻尔磁子7第7页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五2.磁化的微观解释1)顺磁性只有顺磁质、铁磁质才具有顺磁性方向与 方向相同取向磁化由于顺磁质的分子固有磁矩不为零在外磁场的作用下,各分子磁矩都发生转向8第8页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五2)抗磁性电子轨道磁矩受磁力矩方向垂直纸面向内轨道角动量绕磁场旋进电子附加一个与外磁场磁感应强度方向相反的磁矩(所有介质均具有抗磁

4、性)由分子中电子轨道角动量的旋进（进动）产生分子中所有电子的附加磁矩的矢量和就是一个分子在外磁场中产生的感生磁矩感应磁化9第9页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五顺磁质无外磁场时：有外磁场时：抗磁质无外磁场时：有外磁场时：磁 介 质且 与外磁场方向相同,取向磁化和感应磁化同时存在,但以取向磁化为主.且 与外磁场方向相反, 只有感应磁化.10第10页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五三、磁化强度和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均匀磁场螺线管截面11第11页，共49页，2022年

5、，5月20日，10点9分，星期五 1.磁化强度2.磁化强度与磁化电流的关系极化强度对比电介质12第12页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五 推导：Li分S磁介质S分放大则套住 dl 的分子电流：设分子浓度为 n，穿过L所围曲面S 的磁化电流（介质内的磁化电流）13第13页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五介质表面磁化电流(线)密度：选磁化面电流（线）密度当时，即当平行介质表面时,介质表面14第14页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五3. 磁化规律各向同性磁介质(顺磁质或抗磁质)介质的磁导率各向同性电介质介质的介电常数15第15页，共4

6、9页，2022年，5月20日，10点9分，星期五考虑到磁介质中还存在磁化电流，所以对于磁介质，（1）式则需加以修正，等号右边的I内应该包括传导电流和磁化电流.四、 的环路定理 1. 的环路定理 16第16页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五设：I0 传导电流I 磁化电流磁介质I定义I0L17第17页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五得：H 的单位：真空：A/m （ SI ）；磁场强度的环路定理18第18页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五各向同性磁介质因则有将代入得各向同性电介质2.的关系又得19第19页，共49页，2022年，5月2

7、0日，10点9分，星期五讨论思路1）有介质时磁场的性质方程3）在解场方面的应用 在具有很好对称性的情况下 可以首先由 的环路定理解出2） 是由传导电流和磁化电流共同产生的，不能认为 只与传导电流有关20第20页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五例1介质中闭合回路L所套连的磁化电流为：证：L任取 且可无限缩小故 I0 = 0 处 I = 0 L磁介质无传导电流处 也无磁化电流证明在各向同性均匀磁介质内3. 环路定理的应用举例21第21页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五例2 一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环， 求：磁介质内的解：取回路如图，设总匝数为N细螺绕

8、环22第22页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五代入数据23第23页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五讨论：设想把这些磁化面电流也分成每米103匝，相当于分到每匝有多少？2(A)充满铁磁质后24第24页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五例3 一充满相对磁导率为r的均匀磁介质的密绕无限长螺线管，单位长度的匝数为n，当线圈内通以电流I时，求螺线管内的磁感应强度和磁介质表面的面束缚电流密度. rlabcdP解:如图,螺线管外无磁场,管内磁场均匀,且 和都与管的轴线平行.作一环路abcda,如图所示那么,25第25页，共49页，2022年，5

9、月20日，10点9分，星期五rlabcdP据的环路定理,有即有于是,管内的磁感应强度为由得磁介质中的磁化强度为26第26页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五讨论:对于抗磁质,r1, j1, j0,这表明束缚电流的方向和传导电流的方向相同;对于铁磁质,r1, jnI,这表明束缚电流的方向和传导电流的方向相同且比传导电流面密度nI大得多,可以认为这时的磁场基本上是由铁磁质表面的束缚电流产生的.rlabcdP顺磁质情况27第27页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五五、 铁磁质(1) r 1 可使磁场大幅度增加(2) r不是常数，与磁化历史有关装置起始磁化曲线1

10、.铁磁质的宏观性质(3) B与H 的关系为非线性关系，与磁化历史有关28第28页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五2. 磁滞现象- 剩磁- 矫顽力起始磁化曲线起始磁化曲线都是“不可逆”的，即当铁磁质到达磁饱和后，若慢慢减少电路电流，H值也跟着减少,而铁磁质中的B并不沿起始磁化曲线逆向减少，而是减少得比原来增加时慢.当I=0,因而H=0时,B并不为0而是还保持一定的值.这种现象叫磁滞现象或磁滞效应.H29第29页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五3.磁滞损耗 在交变电磁场中 ,铁磁质的反复磁化将引起介质的发热 , 称为磁滞损耗. 实验和理论都可以证明:磁滞

11、损耗和磁滞回线所包围的面积成正比 .BH30第30页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五4.磁性材料及应用(1)软磁材料BH 特点：磁导率大 矫顽力小 容易磁化也容易退磁 磁滞回线包围面积小 磁滞损耗小应用:硅钢片可作变压器、电机、电磁铁的铁芯.铁氧体(非金属)可作高频线圈的磁芯材料.31第31页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五 特点：剩余磁感应强度大 矫顽力大 不容易磁化 也不容易退磁 磁滞回线宽 磁滞损耗大(2)硬磁材料应用：作永久磁铁 永磁喇叭BH32第32页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五 应用：作计算机中的记忆元件 磁化时

12、极性的反转构成了“0”与“1”(3)矩磁材料：BH特点：磁滞回线呈矩形状33第33页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五5. 居里温度 6.铁磁性起因 磁畴-电子的自旋磁矩可以不靠磁场而取得一致的方向.在铁磁体内存在无数个线度约为10-4m的小区域,这些小区域叫磁畴.在每个磁畴中,所有原子的磁矩都方向一致地整齐排列着.各种材料磁畴的线度相差较大.一个磁畴中约有1012 - 1015个原子. 居里点顺磁质铁 767 0C镍 357 0C磁畴铁磁质第34页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五纯铁硅铁钴磁畴35第35页，共49页，2022年，5月20日，10点9分

13、，星期五Si-Fe单晶(001)面的磁畴结构箭头表示磁化方向0.1mm36第36页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五单晶磁畴结构 示意图多晶磁畴结构 示意图37第37页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五 铁磁质在不断增大的外磁场作用下,其磁矩方向和外磁场方向接近的磁畴逐渐扩大,而方向相反的磁畴逐渐缩小.最后当外磁场增大到一定程度后,所有磁畴的磁矩方向也都指向同一个方向了.这时铁磁质就达到磁饱和的状态.磁滞现象可以用磁畴的畴壁很难恢复原来形状来说明.38第38页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五六、简单磁路 如图,铁心的长度为l,横截面

14、积为S,气隙的宽度为,铁心上绕有N匝线圈,通过线圈的电流为I,铁心的相对磁导率为r,那么铁心气隙中的磁感应强度B是多少?解:不考虑漏磁通,据磁通连续原理,通过铁心各处横截面的磁通量应相等,因而铁心内各处的磁感应强度B也应相等.因气隙很小,故气隙处的磁场可认为并不散开,有磁场部分的面积仍为S,因此气隙处的磁感应强度B0与铁心中的磁感应强度B相等.Il39第39页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五Il据安培环路定理,有于是由于所以由此得因铁心r很大,所以即使不大, r 亦不小,这使得铁心内和气隙处的B大大减小.40第40页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五因

15、为=BS,所以类比电路公式作如下类比其中,叫磁流(磁通),NI叫磁动势,Rm叫磁阻,Um叫磁压.41第41页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五闭合磁路欧姆定律磁阻串联公式:磁阻并联公式:并联磁路一例:第9章结束42第42页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五 1.磁场的界面关系 静磁屏蔽由可得 B1n = B2n (1)设界面无传导电流，由可得 H1t = H2t (2)即 (2)12121212附录：43第43页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五在1很大的介质1中， 线几乎平行界面，这就是铁磁质中 线沿铁芯延续的情形若，则，当时，12

16、121 22190244第44页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五B内R2R1铁管（板面）静磁屏蔽计算表明： t = 1cm时，k = 0.5% .屏蔽系数若 t = 0.1cm时，k = 5% ；则 精密探头、显象管都需要磁屏蔽45第45页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五2.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46第46页，共49页，2022年，5月20日，10点9分，星期五 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