電工基礎(chǔ)036.第36課時.鐵磁物質(zhì)

1、磁場的基本物理量和基本定律磁場的基本物理量和基本定律 1磁感應(yīng)強度B 任何磁體都有兩個磁性最強的區(qū)域任何磁體都有兩個磁性最強的區(qū)域 磁體磁體 具有磁性的物體具有磁性的物體 磁極磁極 指向地球北極的磁極，用指向地球北極的磁極，用N表示表示 在無外力阻礙下，其中指向地球南極的磁極，用在無外力阻礙下，其中指向地球南極的磁極，用S S表示表示 南極南極 北極北極 磁場磁場 -磁體周圍存在磁力作用的空間 它可看成一種傳遞磁力作用的特殊物質(zhì)，磁場 是有強弱和方向的 磁場方向磁場方向 在磁場中某點處放一個能自由轉(zhuǎn)動的小磁針，小 磁針靜止時N極所指的方向 圖10-2 條形磁體的磁感線 SN 磁感線特征 (1)

2、磁感線上任意一點的切線方向，就是該點的磁場 方向。 (2)磁感線是互不交叉的閉合曲線。在磁體外部由N 極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極，如圖10-2所 示。 (3)磁感線的疏密程度反映了磁場的強弱。磁感線越 密表示磁場越強，越疏表示磁場越弱。 磁感應(yīng)強度 磁感應(yīng)強度B(磁通密度 ) -垂直通過單位面積的磁感線的多少 B=/S 在均勻磁場中， 磁通的單位為Wb，稱為韋伯；面積的單位為m2； 磁感應(yīng)強度B的單位是T，稱為特斯拉，簡稱特。 磁感應(yīng)強度B是個矢量。 B不但表示了某點磁場的強弱，而且還能表示出該點 磁場的方向。 某點磁感應(yīng)強度B的方向 磁感線上該點的切線方向。 B的大小 可以用特斯拉

3、計進行測量。 均勻磁場均勻磁場 -各點的磁感應(yīng)強度的大小和方向相同的磁場。 NS 均勻磁場中的磁感線 在均勻磁場中，磁感線是等距離的平行直線 平面上如何表示B的方向 “”表示B的方向是垂直進入紙面 “”表示垂直從紙面出來 2磁通及磁通連續(xù)性原理 磁通磁通 -通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁感 線的總數(shù) 用磁通量化磁場在一定面積上的分布情況。 = BdS 磁通的連續(xù)性 磁通連續(xù)性磁通連續(xù)性即穿過任意閉合面上的磁通恒等 于零，即 = B.dS=0 磁通的連續(xù)性可以這樣來理解，即穿進某一 閉合面的磁通，恒等于穿出此面的磁通。 由于磁通的連續(xù)性，可知磁感應(yīng)線總是閉合 曲線 3磁導(dǎo)率 用來表示媒介質(zhì)導(dǎo)

4、磁性能的物理量 用字母表示，其單位名稱是亨利每米，簡稱 亨每米，用符號H/m表示。 由實驗測得真空中的磁導(dǎo)率0=410-7H/m， 為一常數(shù)。 相對磁導(dǎo)率r -任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比 值，即 r =/0 式中 r-相對磁導(dǎo)率； -任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率； 0-真空的磁導(dǎo)率。 表明在其他條件相同的情況下，媒介質(zhì)中的磁感應(yīng)強度 是真空中磁感應(yīng)強度的多少倍。 順磁物質(zhì) r稍大于1。如空氣、鋁、鉻、鉑等。 反磁物質(zhì) r稍小于1。如氫、銅等。順磁物質(zhì)與反磁物 質(zhì)一般被稱為非磁性材料。 鐵磁物質(zhì) r遠大于1。如鐵、鈷、鎳、硅鋼、坡莫合金、 鐵氧體等 第四節(jié)第四節(jié) 鐵磁性物質(zhì)的磁化鐵磁性物質(zhì)的磁化 一

5、、鐵磁性物質(zhì)的磁化一、鐵磁性物質(zhì)的磁化 二、磁化曲線二、磁化曲線 三、磁滯回線三、磁滯回線 一、鐵磁性物質(zhì)的磁化一、鐵磁性物質(zhì)的磁化 1磁化磁化 本來不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場的作用而具有了磁性的現(xiàn)本來不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場的作用而具有了磁性的現(xiàn) 象稱為該物質(zhì)被象稱為該物質(zhì)被磁化磁化。只有。只有鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。才能被磁化。 2被磁化的原因被磁化的原因 ( (1) )內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱為內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱為磁疇磁疇的磁性小區(qū)域組成的磁性小區(qū)域組成 的，每一個磁疇相當(dāng)于一個小磁鐵。的，每一個磁疇相當(dāng)于一個小磁鐵。 ( (2) )外因：有外磁場的作用。外因

6、：有外磁場的作用。 如圖如圖 5-7( (a) ) 所示，當(dāng)無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章，所示，當(dāng)無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章， 磁性相互抵消，對外不顯磁性；磁性相互抵消，對外不顯磁性； 如圖如圖 5-7( (b) ) 所示，當(dāng)有外磁場作用時，磁疇將沿著磁場方向所示，當(dāng)有外磁場作用時，磁疇將沿著磁場方向 作取向排列，形成作取向排列，形成附加磁場附加磁場，使磁場顯著加強。，使磁場顯著加強。 有些鐵磁性物質(zhì)在撤去磁場后，磁疇的一部分或大部分仍然保有些鐵磁性物質(zhì)在撤去磁場后，磁疇的一部分或大部分仍然保 持取向一致，對外仍顯磁性，即成為永久磁鐵。持取向一致，對外仍顯磁性，即成為永久磁鐵。 圖圖

7、 5-7鐵磁性物質(zhì)的磁化鐵磁性物質(zhì)的磁化 不同的鐵磁性物質(zhì)，磁化后的磁性不同。不同的鐵磁性物質(zhì)，磁化后的磁性不同。 鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)被磁化的性被磁化的性 能，被廣泛地應(yīng)用于電子和能，被廣泛地應(yīng)用于電子和 電氣設(shè)備中，如電氣設(shè)備中，如變壓器、繼變壓器、繼 電器、電機等。電器、電機等。 鐵磁材料內(nèi)部往往有相鄰的幾百個分子電流 圈流向一致，這些分子電流產(chǎn)生的磁場疊加 起來，就形成了一個個天然的小磁性區(qū)域 磁疇。不同鐵磁物質(zhì)內(nèi)部磁疇的數(shù)量不同。 通常情況下，鐵磁材 料內(nèi)部的磁疇排列雜 亂無章，其磁性相互 抵消，因此對外不顯 示磁性。 鐵磁材料之所以具有高導(dǎo)磁性。是因為在其 內(nèi)部具有一種特殊的物質(zhì)結(jié)

8、構(gòu)磁疇。這些 磁疇相當(dāng)于一個個小磁鐵。 磁疇是怎磁疇是怎 么形成的么形成的 ？ 顯然，磁疇是由分子電流產(chǎn)生的。 (1)高導(dǎo)磁性 有外磁場作用時 磁疇在外界磁場的作 用下，均發(fā)生歸順性 轉(zhuǎn)向，使得鐵磁材料 內(nèi)部形成一個很強的 附加磁場。 一. 鐵磁物質(zhì)的磁性能 二、磁化曲線二、磁化曲線 1磁化曲線的定義磁化曲線的定義 磁化曲線是用來描述鐵磁性物質(zhì)的磁化特性的。鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線是用來描述鐵磁性物質(zhì)的磁化特性的。鐵磁性物質(zhì)的 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度 B 隨磁場強度隨磁場強度 H 變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫 BH 曲線。曲線。 5-4-1.swf 3分析分析 ( (

9、1) ) 0 1 段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當(dāng)段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當(dāng) H 從從 零開始增加時，零開始增加時，B 增加緩慢，稱為增加緩慢，稱為起始磁化段起始磁化段。 ( (2) ) 1 2 段：隨著段：隨著 H 的增大，的增大，B 幾乎直線上升，這是由于磁幾乎直線上升，這是由于磁 疇在外磁場作用下，大部分都趨向疇在外磁場作用下，大部分都趨向 H 方向，方向，B 增加很快，曲線很增加很快，曲線很 陡，稱為陡，稱為直線段直線段。 圖圖 5-8 磁化曲線的測定磁化曲線的測定 ( (3) ) 2 3 段：隨著段：隨著 H 的增加，的增加，B 的上升又緩慢了，這是由于的上升又

10、緩慢了，這是由于 大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向 H 方向，隨著方向，隨著 H 的增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù)的增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù) 轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向，B 增加變慢。增加變慢。 ( (4) ) 3 點以后：到達點以后：到達 3 點以后，磁疇幾乎全部轉(zhuǎn)到了外磁場方點以后，磁疇幾乎全部轉(zhuǎn)到了外磁場方 向，再增大向，再增大 H 值，值，B 也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為飽和飽和 段段，此時的磁感應(yīng)強度叫，此時的磁感應(yīng)強度叫飽和磁感應(yīng)強度飽和磁感應(yīng)強度。 圖圖 5-8 磁化曲線的測定磁化曲線的測定 圖圖 5-8 磁化曲線的測定磁化曲線的測定 不同的鐵磁性物質(zhì)，不同的鐵

11、磁性物質(zhì)，B 的飽和值不同，對同一種材料，的飽和值不同，對同一種材料，B的的 飽和值是一定的。飽和值是一定的。 電機和變壓器，通常工作在曲線的電機和變壓器，通常工作在曲線的 2 3 段，即接近飽和的段，即接近飽和的 地方。地方。 4磁化曲線的意義磁化曲線的意義 在磁化曲線中，已知在磁化曲線中，已知 H 值就可查出對應(yīng)的值就可查出對應(yīng)的 B 值。因此，在計值。因此，在計 算介質(zhì)中的磁場問題時，磁化曲線是一個很重要的依據(jù)。算介質(zhì)中的磁場問題時，磁化曲線是一個很重要的依據(jù)。 圖圖 5-9 給出了幾種不同鐵給出了幾種不同鐵 磁性物質(zhì)的磁化曲線，從曲線磁性物質(zhì)的磁化曲線，從曲線 上可看出，在相同的磁場強

12、度上可看出，在相同的磁場強度 H 下，硅鋼片的下，硅鋼片的 B 值最大，值最大， 鑄鐵的鑄鐵的 B 值最小，說明硅鋼值最小，說明硅鋼 片的導(dǎo)磁性能比鑄鐵要好得多。片的導(dǎo)磁性能比鑄鐵要好得多。 圖圖 5-9幾種鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線幾種鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線 0.1 c b a c 硅鋼片 b 鑄鋼 a 鑄鐵 00.20.30.40.50.60.70.80.9 1.010 3 1234567891010 3 H / Am 1 B / T 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 H / Am 1 幾種常用鐵磁材料的基本磁化曲線 磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場由零逐漸

13、增強的磁磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場由零逐漸增強的磁 化過程，而很多實際應(yīng)用中，鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場中化過程，而很多實際應(yīng)用中，鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場中 的。所以，必須研究鐵磁性物質(zhì)反復(fù)交變磁化的問題。的。所以，必須研究鐵磁性物質(zhì)反復(fù)交變磁化的問題。 1磁滯回線的測定磁滯回線的測定 三、磁滯回線三、磁滯回線 5-4-2.swf 2分析分析 圖圖 5-10 為通過實驗測定的某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線。為通過實驗測定的某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線。 ( (1) )當(dāng)當(dāng) B 隨隨 H 沿起始磁化曲線達到飽和值以后，逐漸減小沿起始磁化曲線達到飽和值以后，逐漸減小H 的的 數(shù)值，由圖可看出，數(shù)

14、值，由圖可看出，B 并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在 它上面的曲線它上面的曲線 ab 下降。下降。 ( (2) ) 當(dāng)當(dāng) H 減小到零時，減小到零時，B 0，而是保留一定的值稱為，而是保留一定的值稱為剩磁剩磁， 用用 Br 表示。表示。永久性磁鐵永久性磁鐵就是利就是利 用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。 圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 ( (3) )為消除剩磁，必須加反向磁場，隨著反向磁場的增強，鐵為消除剩磁，必須加反向磁場，隨著反向磁場的增強，鐵 磁性物質(zhì)逐漸磁性物質(zhì)逐漸退磁退磁，當(dāng)反向磁場增大到一定值時，當(dāng)反向磁場增大到

15、一定值時，B 值變?yōu)橹底優(yōu)?0 ， 剩磁完全消失，如圖剩磁完全消失，如圖 bc 段。段。 bc 段曲線叫段曲線叫退磁曲線退磁曲線，這時，這時 H 值是為克服剩磁所加的磁場強值是為克服剩磁所加的磁場強 度，稱為度，稱為矯頑磁力矯頑磁力，用，用 HC 表示。矯頑磁力的大小反映了鐵磁性物表示。矯頑磁力的大小反映了鐵磁性物 質(zhì)保存剩磁的能力。質(zhì)保存剩磁的能力。 ( (4) )當(dāng)反向磁場繼續(xù)增大時，當(dāng)反向磁場繼續(xù)增大時， B 值從值從 0 起改變方向，沿曲線起改變方向，沿曲線 cd 變化，并能達到反向飽和點變化，并能達到反向飽和點 d。 圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 磁滯回線中H為零時 B并不為零 的

16、現(xiàn)象 說明鐵磁材料具有 剩磁性。 B H 0 c b a oa段是線性段 ab段是上升段 bc段是磁化曲線的膝部 C點以后是飽和段 起始磁化 曲線反映 了什么？ 起始磁化曲線的ab段反映了鐵磁材料的高導(dǎo)磁性；c點以后 說明鐵磁材料具有磁飽和性。 磁滯回線中B的變化 總是落后于H的變化 說明鐵磁材料具有磁 滯性 鐵磁材料反復(fù)磁化一 周所構(gòu)成的曲線稱為 磁滯回線。 二、鐵磁材料的磁飽和性、磁滯性和剩磁性 3磁滯損耗磁滯損耗 鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時，磁疇要來回翻轉(zhuǎn)，在這個過程鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時，磁疇要來回翻轉(zhuǎn)，在這個過程 中，產(chǎn)生了能量損耗，稱為中，產(chǎn)生了能量損耗，稱為磁滯損耗磁滯損耗。磁滯回線包圍的面積越。磁滯回線包圍的面積越 大，磁滯損耗就越大，所以剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)，大，磁滯損耗就越大，所以剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)， 磁滯損耗就越大。因此，磁滯回線的形狀常被用來判斷鐵磁性磁滯損耗就越大。因此，磁滯回線的形狀常被用來判斷鐵磁性 物質(zhì)的性質(zhì)和作為選擇材料的依據(jù)。物質(zhì)的性質(zhì)和作為選擇材料的依據(jù)。 圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線