《稳恒磁场》课件0506磁性材料及其应用

01磁介质及其分类02抗磁质和顺磁质的微观解释03介质的磁化04有磁介质时的安培环路定理05铁磁质及应用5.6磁性材料及其应用——

外加磁场——介质产生的附加磁场

01磁介质及其分类磁化

——

磁场对磁场中的物质的作用磁介质

——

在磁场中影响原磁场的物质外加磁场的作用下介质分子的磁矩取向规则化，产生附加的磁场

介质内的磁场三类磁介质顺磁质铝、锰、铬、铂、氧等抗磁质氯、铜、铋、硫、氢、银等铁磁质坡莫合金、钕铁硼等介质内的磁场安培1821年提出分子电流——认识物质磁性的重要依据02抗磁质和顺磁质的微观解释1分子电流和分子磁矩分子电流

——原子中的电子绕核旋转以及电子的自旋形成的“分子环流”每个分子电流都激发磁场03介质的磁化1磁化强度

无外场——所有分子的磁矩矢量和为零，不呈现磁性有外场——分子的磁矩的矢量和不为零，产生附加磁场——磁化如何表述介质磁化程度？磁化强度：单位体积内分子的合磁矩来描述介质磁化程度在均匀磁介质中取体积元磁化强度顺磁质：抗磁质：与外磁场方向一致与外磁场方向相反体积内分子磁矩的矢量和介质的磁化——内部产生附加的磁场附加的磁场——可看作是介质表面上的等效电流产生的2磁化电流

——与磁矩对应的电流元在介质表面上形成一个大电流环磁化电流——

介质表面上的等效电流抗磁质表面磁化电流顺磁质表面磁化电流无介质时充满介质时3长直螺线管内磁介质表面的磁化电流

单位长度上的自由电流——单位长度上的磁化电流__磁化电流面密度实验表明在介质均匀充满磁场

体积元

V中分子的附加磁矩的矢量和4抗磁质的磁化

分子的固有磁矩激发一个和外磁场方向相反的附加磁场抗磁体内的磁场——氯、铜、铋、硫、银5顺磁质的磁化

固有磁矩有一定的量值宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场体积元

V中分子磁矩的矢量和大多数顺磁质忽略不计顺磁体内的磁场——

铝、锰、铬、铂、氧、氮、铀04有磁介质时的安培环路定理

——充满各向同性均匀磁介质的环形螺线管__无介质时有介质时两式相比磁化电流磁化电流——矢量对回路的线积分只和包围的自由电流有关——

回路包围的自由电流——各向同性均匀介质中——磁介质中的环路定理——磁场强度矢量对任意闭合回路的线积分只和包围的自由电流有关磁场强度

一根半径为R的金属导体单芯电缆，它和导电外壁之间充满相对磁导率为

r的均匀介质。现有电流I均匀地流过金属导体的横截面，并沿外壁流回。计算磁介质中的磁感应强度分布和介质表面的磁化电流

自由电流分布具有轴对称性磁场强度和磁感应强度分布具有轴对称性闭合回路——半径r的圆磁场强度磁感应强度无介质有介质

铁磁质——在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场——

外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态——具有磁滞现象，B和H之间不具有简单的线性关系——具有临界温度Tc——居里温度或居里点

在Tc以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质——纯铁的居里点：770ºC，纯镍：358ºC

05铁磁质

——铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金

1铁磁质的特点

2铁磁质的机理

磁畴——相邻铁原子中电子间存在非常强的交换耦合作用

使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来——形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域——温度较高时

铁磁质中原子的热运动破坏了原子的交换作用——磁畴全部被破坏，铁磁质转变为顺磁质

居里温度：纯铁为770ºC，纯镍为358ºC

3铁磁质的磁化

无外磁场：磁体体内磁矩排列杂乱任意物理无限小体积内的平均磁矩为零有外磁场：磁矩与外磁场同方向排列时的磁能最低——自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位

这些磁畴体积逐渐扩大——自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积缩小3铁磁质的磁化

——随着外磁场的不断增强

取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失——留存的磁畴

向外磁场的方向旋转——继续增加磁场

磁畴沿外磁场排列整齐——磁化达到饱和

铁磁质的磁化4铁磁质的磁化规律

磁化曲线——B~H的关系曲线——铁芯中的B由磁通计上的次级线圈测出

铁芯中的H由励磁电流得到1)起始磁化曲线

线性阶段——H较小

非线性阶段——逐渐增大H——B迅速增大

磁饱和状态——H增大到一定值后——B不再随着H的增大而增大

2)磁滞曲线——达到饱和后缓慢减小HB不按原来曲线减小剩磁——ab——完全消除剩磁，必须加反向磁场矫顽力——bc——继续增加反向磁场，磁化达到反向饱和——cd磁致伸缩效应——铁磁体在交变磁场的作用下

它的形状随之改变——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

磁化曲线为一闭合曲线磁滞回线——B的变化总落后于H的变化——磁滞现象

5铁磁质的分类

1)软磁材料矫顽力很小——磁滞回线窄，所围的面积小

磁滞损耗小，剩磁小——纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体，

适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、

电动机、电磁铁、发动机的铁芯2)

硬磁材料——矫顽力大，剩磁大，

磁滞回线宽，所围的面积大，

磁滞损耗大。——碳钢、钨钢、铝镍钴、合金——磁化后能保持很强的磁性，