大學(xué)物理第17磁介質(zhì)

1、17.1、17.2 磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響B(tài)IIoBII真空真空介質(zhì)介質(zhì)1.磁介質(zhì)磁介質(zhì):實(shí)體物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)磁性實(shí)體物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)磁性,該物體稱磁介質(zhì)。該物體稱磁介質(zhì)。2.磁化磁化:磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中呈現(xiàn)磁性的現(xiàn)象稱為磁化。磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中呈現(xiàn)磁性的現(xiàn)象稱為磁化。BBBo一、磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度一、磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度3.磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度:Bo載流體在真空中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；載流體在真空中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；B磁化電流產(chǎn)的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁化電流產(chǎn)的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度；B介質(zhì)內(nèi)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度；介質(zhì)內(nèi)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度：

2、磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度：orBB稱磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率r稱磁介質(zhì)的絕對(duì)磁導(dǎo)率 or注意：注意： r只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)。只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)。4.磁介質(zhì)分類磁介質(zhì)分類:第一類第一類:順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì), 磁化后產(chǎn)的磁性都很弱磁化后產(chǎn)的磁性都很弱,屬于弱磁材料屬于弱磁材料;(1)順磁質(zhì)順磁質(zhì):方向一致稱順磁質(zhì)與 BBo如如:鋁、鋁、 氧氧 等。等。順磁質(zhì)順磁質(zhì) r如：如：氧、鋁等氧、鋁等（r=1 10-5）抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) r如：如：銅銅r=1 10-5方向相反稱抗磁質(zhì)與 BBo(2)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì):如如:汞、銅、氫等汞、銅、氫等鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) r1 ,如如 :純鐵純鐵（r= 10）第二類第二類:

3、鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì), 磁化后能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁性磁化后能產(chǎn)生極強(qiáng)的磁性,是強(qiáng)磁性材料。是強(qiáng)磁性材料。如如:純鐵、硅鋼、坡莫合金。純鐵、硅鋼、坡莫合金。17.4 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理理dIMdrLI0BBBo有磁介質(zhì)時(shí)的恒定磁場(chǎng)中，任意點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度：有磁介質(zhì)時(shí)的恒定磁場(chǎng)中，任意點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度：IrBL 0d siIIo 自由電流自由電流 Io的的磁場(chǎng)磁場(chǎng) 束縛束縛(磁化）電流磁化）電流I 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理:LsrdMIIrMBLd)(0 LLIld)MB(00 MBH 0 定義定義磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 LLIl dH0 在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中

4、，磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)。流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無(wú)關(guān)。單位單位：安培：安培/米米(A/m)HB 無(wú)限長(zhǎng)直電流的磁場(chǎng)無(wú)限長(zhǎng)直電流的磁場(chǎng)圓電流中心的磁場(chǎng)圓電流中心的磁場(chǎng)長(zhǎng)螺線管電流中部的磁場(chǎng)長(zhǎng)螺線管電流中部的磁場(chǎng)環(huán)形長(zhǎng)螺線管中部的磁場(chǎng)環(huán)形長(zhǎng)螺線管中部的磁場(chǎng)aIH 2 RIH2 nIH nIH aIB 2 RIB2 nIBnIB無(wú)限大均勻磁介質(zhì)中磁場(chǎng)的畢無(wú)限大均勻磁介質(zhì)中磁場(chǎng)的畢 薩定律薩定律34rrlIdBd llrrlIdBdB34 0Il dHL0 l dEL 0qSd

5、DS0 SdBS DEHB EBDH 1 例例1 一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為，相對(duì)磁導(dǎo)，相對(duì)磁導(dǎo)率為率為r的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。單位長(zhǎng)度上的導(dǎo)線匝數(shù)為單位長(zhǎng)度上的導(dǎo)線匝數(shù)為n。 求：環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度求：環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度rHl dHL 2 NI rNIH 2 nI HHBr 0 rO解：解：例例2 一無(wú)限長(zhǎng)載流圓柱體，通有電流一無(wú)限長(zhǎng)載流圓柱體，通有電流I ，設(shè)電流，設(shè)電流 I 均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為，柱，柱外為真空。外為真空。求：

6、柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：解：IR0 I rH Rr rHl dHL 2 I IRr22 22 RIrH 22 RIrB 在分界面上在分界面上H 連續(xù)連續(xù), B 不連續(xù)不連續(xù)Rr IrH 2rIH 2 rIB 20 IR0 Hr HRrRI 2OBRrRI 2ORI 203. 有有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。鐵磁質(zhì)的特性鐵磁質(zhì)的特性2. 有很大的磁導(dǎo)率有很大的磁導(dǎo)率。 放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)102 104倍。倍。4.溫度超過(guò)溫度超過(guò)居里點(diǎn)居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。1

7、. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率不是一個(gè)常量不是一個(gè)常量，它的值不僅決定于原線，它的值不僅決定于原線 圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。 B 和和H 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。17、5 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)初始磁初始磁化曲線化曲線a.bcdBOH.SBSHe.rB fCHSB .SH 矯頑力矯頑力CH 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度磁滯回線磁滯回線剩剩 磁磁rB1、磁滯回線、磁滯回線2 2、磁、磁 疇疇 根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存在很強(qiáng)的在很強(qiáng)的“交換耦合作用交換耦合作用”，使得在無(wú)外磁場(chǎng)作用，使得在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)

8、，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，時(shí)，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。 這些區(qū)域稱為這些區(qū)域稱為“磁疇磁疇”多晶磁疇結(jié)構(gòu)多晶磁疇結(jié)構(gòu) 示意圖示意圖臨界溫度臨界溫度(鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)居里點(diǎn)) 每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由高磁每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，由高磁導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，而變?yōu)轫槾判?。而變?yōu)轫槾判?。不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度如：鐵為如：鐵為 1040K，鈷為，鈷為 1390K， 鎳為

9、鎳為 630K 用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程、磁用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過(guò)程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。3、鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用、鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用軟磁材料作變壓器的。軟磁材料作變壓器的。純鐵，硅鋼坡莫合金純鐵，硅鋼坡莫合金(Fe，Ni)，鐵氧體等。，鐵氧體等。 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大，感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力矯頑力(Hc)小，磁滯回線的面積窄而小，磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)，損耗?。ㄩL(zhǎng)，損耗?。℉dB面積?。?。面積?。?。還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。的磁芯、磁棒。HBcH cH(1)軟磁材料軟磁材料(2)硬磁材料硬磁材料作永久磁鐵作永久磁鐵鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金(3)矩磁材料矩磁材料作存儲(chǔ)元件作存儲(chǔ)元件Br=BS ，Hc不大，磁滯回線是矩形。不大，磁滯回線是矩形。用于用于計(jì)算機(jī)中的計(jì)算機(jī)中的記憶元件記憶元件，磁化時(shí)極性的反轉(zhuǎn)構(gòu)成磁化時(shí)極性的反轉(zhuǎn)構(gòu)成了了“0”與與“1”HBCHCH 矯頑力矯頑力(Hc)大（大（102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滯回線的面積大，損耗大。磁滯回線的面積大，損耗大。還用于磁電式電表中的永磁鐵。還用于磁電式電表中的永磁鐵。耳機(jī)中的永久磁鐵，