磁介質(zhì)中的磁場2

會計(jì)學(xué)1磁介質(zhì)中的磁場2

實(shí)驗(yàn)證明：對于各向同性的介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任意一點(diǎn)磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度成正比。

式中只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為磁介質(zhì)的磁化率，是一個純數(shù)。如果磁介質(zhì)是均勻的，它是一個常量；如果磁介質(zhì)是不均勻的，它是空間位置的函數(shù)。磁場強(qiáng)度對比：第1頁/共20頁相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率

值得注意：為研究介質(zhì)中的磁場提供方便而不是反映磁場性質(zhì)的基本物理量，B才是反映磁場性質(zhì)的基本物理量。磁場強(qiáng)度對比：第2頁/共20頁

例1在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為，單位長度內(nèi)匝數(shù)，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為和。求環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：在環(huán)內(nèi)任取一點(diǎn)，過該點(diǎn)作一和環(huán)同心、半徑為的圓形回路。

式中為螺繞環(huán)上線圈的總匝數(shù)。由對稱性可知，在所取圓形回路上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向都沿切線。磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理的應(yīng)用第3頁/共20頁解：當(dāng)環(huán)內(nèi)是真空時當(dāng)環(huán)內(nèi)充滿均勻介質(zhì)時磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

例2在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為，單位長度內(nèi)匝數(shù)，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為和。求環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。第4頁/共20頁

例3

如圖所示，一半徑為R1的無限長圓柱體（導(dǎo)體≈

0

）中均勻地通有電流I，在它外面有半徑為R2的無限長同軸圓柱面，兩者之間充滿著磁導(dǎo)率為的均勻磁介質(zhì)，在圓柱面上通有相反方向的電流I。試求（1）圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)的磁場；（2）圓柱體內(nèi)一點(diǎn)磁場；（3）圓柱面外一點(diǎn)的磁場。解（1）當(dāng)兩個無限長的同軸圓柱體和圓柱面中有電流通過時，它們所激發(fā)的磁場是軸對稱分布的，而磁介質(zhì)亦呈軸對稱分布，因而不會改變場的這種對稱分布。設(shè)圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是r1，以r1為半徑作一圓，取此圓為積分回路，根據(jù)安培環(huán)路定理有IIIR1R2r2r1r3磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理YINYONG第5頁/共20頁（2）設(shè)在圓柱體內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是r2，則以r2為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理有

式中是該環(huán)路所包圍的電流部分，由此得磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理的應(yīng)用第6頁/共20頁由B＝

H，得

（3）在圓柱面外取一點(diǎn)，它到軸的垂直距離是r3，以r3為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理,考慮到環(huán)路中所包圍的電流的代數(shù)和為零，所以得即或磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理第7頁/共20頁與弱磁質(zhì)相比，鐵磁質(zhì)具有以下特點(diǎn)：(1)在外磁場的作用下能產(chǎn)生很強(qiáng)的附加磁場。(2)外磁場停止作用后，仍能保持其磁化狀態(tài)。(4)具有臨界溫度Tc。在Tc以上，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)，Tc稱為居里溫度或居里點(diǎn)。不同的鐵磁質(zhì)有不同的居里溫度Tc。純鐵：770oC，純鎳：358oC。(3)相對磁導(dǎo)率和磁化率不是常數(shù)，而是隨外磁場的變化而變化；具有磁滯現(xiàn)象，之間不具有簡單的線性關(guān)系。§8.9*鐵磁質(zhì)居里第8頁/共20頁AR12K接磁通計(jì)把未磁化的均勻鐵磁質(zhì)充滿一螺繞環(huán)，如圖：線圈中通入電流(勵磁電流)后，鐵磁質(zhì)就被磁化。

根據(jù)有介質(zhì)時的安培環(huán)路定理，當(dāng)勵磁電流為I時，環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度：1.磁介質(zhì)第9頁/共20頁AR12K接磁通計(jì)

鐵芯中的B由磁通計(jì)上的次級線圈測出，這樣，通過改變勵磁電流，可得到對應(yīng)的一組B和H的值，從而給出一條關(guān)于試樣B~H的關(guān)系曲線（磁化曲線）。OHACBS磁介質(zhì)第10頁/共20頁OHACBS

使勵磁電流從零開始，此時B=H=0，然后逐漸增大電流，以增大H

。測得B與H的對應(yīng)關(guān)系如圖所示：

隨H的增大，B先緩慢增大(OA段)，然后迅速增大(AB段)，過B點(diǎn)過后，B又緩慢增大(BC段)。

從S開始，B幾乎不隨H的增大而增大，介質(zhì)的磁化達(dá)到飽和。與S對應(yīng)的HS稱飽和磁場強(qiáng)度，相應(yīng)的BS稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

根據(jù)，可以求出不同H值對應(yīng)的r值，由此可見鐵磁質(zhì)B~H顯著的非線性特點(diǎn)。磁介質(zhì)第11頁/共20頁2.磁滯回線

當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，緩慢地減小H，鐵磁質(zhì)中的B并不按原來的曲線減小，并且H=0時，B不等于0，具有一定值，這種現(xiàn)象稱為剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

要完全消除剩磁Br，必須加反向磁場，當(dāng)B=0時磁場的值Hc為鐵磁質(zhì)的矯頑力。

當(dāng)反向磁場繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場，磁化曲線為一閉合曲線—磁滯回線。第12頁/共20頁

B的變化總落后于H的變化，稱磁滯現(xiàn)象。

在反復(fù)磁化過程中能量的損失叫做磁滯損耗。緩慢磁化過程，經(jīng)歷一次磁化過程損耗的能量與磁滯回線包圍的面積成正比。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

鐵磁體在交變磁化磁場的作用下，它的形狀隨之改變，叫做磁致伸縮效應(yīng)。磁滯回線第13頁/共20頁3.磁疇單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子中電子的自旋磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域稱為磁疇。第14頁/共20頁磁疇單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

在沒有外磁場作用時，磁體體內(nèi)磁矩排列雜亂，任意物理無限小體積內(nèi)的平均磁矩為零。第15頁/共20頁

在外磁場作用下，磁矩與外磁場同方向排列時的磁能將低于磁矩與外磁反向排列時的磁能，結(jié)果是自發(fā)磁化磁矩和外磁場成小角度的磁疇處于有利地位，這些磁疇體積逐漸擴(kuò)大，而自發(fā)磁化磁矩與外磁場成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。隨著外磁場的不斷增強(qiáng)，取向與外磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇將向外磁場的方向旋轉(zhuǎn)，以后再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇都沿外磁場方向整齊排列，這時磁化達(dá)到飽和。磁疇第16頁/共20頁BHOBHO

矯頑力很小(Hc<102A?m-1)，磁滯回線窄，所圍的面積小，磁滯損耗小。

軟磁材料如純鐵、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等材料，適用于交變磁場中，常用作變壓器、繼電器、電動機(jī)、電磁鐵和發(fā)動機(jī)的鐵芯。

矯頑力大，剩磁大、磁滯回線寬，所圍的面積大，磁滯損耗大。4.軟磁材料5.硬磁材料第17頁/共20頁

硬磁材料如碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等材料。磁化后能保持很強(qiáng)的磁性，適用于制成各種類型的永久磁鐵。

矩磁材料的磁滯回線接近于矩形，特點(diǎn)是剩磁Br接近飽和值BS。BHO

壓磁材料具有較強(qiáng)的磁致伸縮效應(yīng)，常用于制造超聲波發(fā)生器。硬磁材料

當(dāng)矩磁材料在不同方向的外磁場磁化后，總是處于和兩種剩磁狀態(tài)，可作電子計(jì)算機(jī)的“記憶”元件。第18頁/共20頁

硬磁材料如碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等材料。磁化后能保持很強(qiáng)的磁