11-1磁介质 介质中安培环路定理 铁磁质 hzd.ppt

1、第十一章,磁场中的磁介质,本章教学内容 11-1 磁介质及其磁化 11-2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 11-3 铁磁质,了解磁介质的磁化现象及其微观解释.,了解磁场强度的概念以及在各向同性介质中H和B的关系, 了解磁介质中的安培环路定理 .,了解铁磁质的特性.,本章教学基本要求,一 磁介质及分类,11-1 磁介质 磁化强度,1. 磁介质 任何实物都是磁介质,反映磁介质被磁化后对原磁场的影响程度, 相对磁导率,2. 磁介质的分类,顺磁质,抗磁质,减弱原场,增强原场,如金、银、铜、锌、水银、铅、氢、硫等,如 锰、铬、铂、氧、氮等,弱磁性物质,顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1。,铁磁

2、质,通常不是常数,具有显著的增强原磁场的性质,强磁性物质,如 铁、钴、镍等,磁介质的分类,磁介质的分类及举例,二 磁化机理,分子固有磁矩：,轨道运动,轨道磁矩,自旋运动,自旋磁矩,原子核,电子,核磁矩,分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量总和,抗磁质的分子固有磁矩为零,抗磁质内磁场,抗磁质的磁化,分子的附加磁矩,与外磁场方向相反,顺磁质分子固有磁矩不为零,三 磁化强度 磁化电流*,对真空 =0,如果介质内各点 相同,称均匀磁化,附：磁化电流(magnetization current),介质磁化的宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为“磁化电流Is”（磁化面电流）。,磁化电流

3、与传导电流的区别： 磁化电流是分子内电荷运动一段段接合而成，不同于传导电流的电荷定向运动，又称束缚电流，其磁效应与传导电流相当，但不产生热效应。,磁化面电流的线密度：,介质中的总磁矩：,磁化强度在数值上等于磁化面电流的线密度，两者关系由右螺旋法则确定。上式适用于均匀磁介质被均匀磁化的情况。,可以推知：磁化强度沿闭合路径的环流等于环路内总的束缚电流.,此式对一般的磁介质同样成立。,磁介质中的高斯定理,磁介质中磁场：,无论是否有磁介质存在，磁高斯定理都是普遍成立的。,由磁化电流产生的微观机理可知：磁化电流与传导电流在产生磁场方面等效。,一 磁介质中的高斯定理,11-2磁介质中的高斯定理和安培环路定

4、理,二 磁介质中的安培环路定理,如图取L回路,单位：Am-1,磁场强度,磁场强度沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路所包围的传导电流的代数和，与磁化电流以及回路外的传导电流无关。,相对磁导率,磁 导 率,各向同性均匀磁介质,磁介质中的安培环路定理,各向同性均匀磁介质,用 表示安培环路定理,用磁介质中的安培环路定律解题,1. 分析磁场的对称性。,2. 选取积分回路,3. 计算,4. 利用,例 有两个半径分别为 和 的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流 时，试 求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的 大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的 磁感

5、强度.,解 对称性分析,同理可求,无限长直载流导线通有电流I1 ，在同一平面内有长为L的载流直导线，通有电流I2 求：长为L的导线所受的安培力,a,I1,x,O,课 堂 练 习,a,I1,x,O,受力方向如图，,恒不变。,如图建立坐标系,根据安培力公式：,11-3 铁磁质,一 铁磁质的特点,（4）存在居里点：,（1）高磁导率：,（2）非线性：,（3）具有磁滞现象：,铁：T=1040K 镍：T=631K,临界温度时，失去铁磁性成为顺磁质。,B的变化落后于H的变化。,B和H呈非线性关系，r很大但不是常量。,磁化后能产生很强的附加磁场。,二 铁磁质的磁化规律 磁滞回线,实验：铁磁质为芯的螺线管，通以

6、电流 I,改变 I，测量 H 值和 B 值,画出BH曲线,安培环路定理,磁滞回线,OP：起始磁化曲线,Bs： 饱和磁感应强度,Br： 剩余磁感应强度（剩磁）,HC：矫顽力,磁滞效应： 铁磁芯中感应强度B变化落后于磁场强度H的变化。,磁滞损耗：磁化过程中由于磁滞效应造成的能量损耗。 理论表明，缓慢磁化的情况下，沿磁滞回线经历一个循环，磁滞损耗与磁滞回线面积成正比。,三 铁磁质的种类,磁滞损耗小，容易磁化，容易退磁，适用于交变磁场。如制造电机，变压器等的铁芯。如纯铁、硅钢片,矫顽力较大，磁滞损耗较大，不易磁化，不易退磁，适合于制造永磁体 如钴钢、碳钢、铁氧体,适合于制作记录磁带及计算机的记忆元件。

7、,实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大，分为软磁材料，硬磁材料，矩磁铁氧体材料。,四 铁磁质的磁化机理 磁畴,在铁磁质内，相邻电子间存在很强的“交换耦合作用”，使得无外磁场时电子自旋磁矩能在一个个微小区域内自发地平行排列，形成的自发磁化小区域，称为“磁畴”。,铁磁质的磁性主要来源于电子的自旋磁矩。,磁化过程：,磁滞现象： 撤去外场，磁壁很难完全恢复原状，保留部分磁性，这就是剩磁。 居里点： 当温度升高到居里点时，剧烈的热运动使磁畴全部瓦解，铁磁质就成为一般顺磁质。,铁的居里点：T = 1040K 镍的居里点：T = 631K,传统磁性材料,有机磁性材料,都是周期表中的过渡族金属元素、稀土族元素及其化合物。具有密度大、难加工合成等缺点,已无法满足现代电子工业的许多特殊需要。,有机磁性材料具有诸如密度小、重量轻、不易氧化、易加工成型等许多无机物所无法取代的优点。其结构种类的多样性,可用化学方法合成,可得到磁性能与机械、光、电等方面结合的综合性能,具有磁损耗小等特点。 在超高频装置、高密度存贮材料、吸波材料、微电子工业