磁場中的磁介質(zhì)ppt

磁場中的磁介質(zhì)ppt1第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一一、磁介質(zhì)二、磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理三、磁化電流與磁化強(qiáng)度四、H的環(huán)路定理五、鐵磁質(zhì)六、簡單的磁路2第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一一、磁介質(zhì)傳導(dǎo)電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生均勻介質(zhì)充滿磁場的情況下介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率1.磁介質(zhì)的定義在磁場中會(huì)受磁場影響而發(fā)生變化,反過來又對(duì)磁場產(chǎn)生影響的物質(zhì)就叫磁介質(zhì).2.磁介質(zhì)對(duì)磁場的影響3第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一3.磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)μr是常數(shù)μr是常數(shù)μr不是常數(shù)常見的順磁質(zhì)有:鋁、鉑、氧等.常見的抗磁質(zhì)有:銅、汞、氫等.常見的鐵磁質(zhì)有:純鐵、硅鋼、坡莫合金等.4第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一二、磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理原子磁矩與分子固有磁矩電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)以及電子的自旋可等效為一個(gè)圓電流順磁質(zhì)軌道角動(dòng)量對(duì)應(yīng)的磁矩自旋角動(dòng)量對(duì)應(yīng)的磁矩分子的固有磁矩是其中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和抗磁質(zhì)=05第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一一個(gè)電子的軌道磁矩設(shè)電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的速率為v，軌道半徑為r，則其中所以又因?yàn)殡娮永@原子核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量大小為故一個(gè)電子的軌道磁矩為6第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一根據(jù)量子力學(xué)，電子軌道角動(dòng)量是量子化的，所以因此根據(jù)量子力學(xué)，電子還具有自旋運(yùn)動(dòng)，稱為內(nèi)稟（固有）自旋.由自旋產(chǎn)生的磁矩稱為內(nèi)稟（固有）自旋磁矩.計(jì)算表明一個(gè)電子的內(nèi)稟（固有）自旋磁矩的大小為這一磁矩稱為玻爾磁子7第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2.磁化的微觀解釋1)順磁性只有順磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)才具有順磁性方向與方向相同—取向磁化由于順磁質(zhì)的分子固有磁矩不為零在外磁場的作用下,各分子磁矩都發(fā)生轉(zhuǎn)向8第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一Θ2)抗磁性電子軌道磁矩受磁力矩方向垂直紙面向內(nèi)軌道角動(dòng)量繞磁場旋進(jìn)電子附加一個(gè)與外磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反的磁矩(所有介質(zhì)均具有抗磁性)由分子中電子軌道角動(dòng)量的旋進(jìn)（進(jìn)動(dòng)）產(chǎn)生分子中所有電子的附加磁矩的矢量和就是一個(gè)分子在外磁場中產(chǎn)生的感生磁矩—感應(yīng)磁化9第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一順磁質(zhì)無外磁場時(shí)：有外磁場時(shí)：抗磁質(zhì)無外磁場時(shí)：有外磁場時(shí)：磁介質(zhì)且與外磁場方向相同,取向磁化和感應(yīng)磁化同時(shí)存在,但以取向磁化為主.且與外磁場方向相反,只有感應(yīng)磁化.10第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一三、磁化強(qiáng)度和磁化電流由于分子磁矩的取向一致考慮到它們相對(duì)應(yīng)的分子電流如長直螺線管內(nèi)部充滿均勻的各向同性介質(zhì)將被均勻磁化均勻磁場螺線管截面11第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

1.磁化強(qiáng)度2.磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系極化強(qiáng)度對(duì)比電介質(zhì)12第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

推導(dǎo)：Li分S磁介質(zhì)S分放大則套住dl的分子電流：設(shè)分子濃度為n，穿過L所圍曲面S的磁化電流（介質(zhì)內(nèi)的磁化電流）13第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一介質(zhì)表面磁化電流(線)密度：選磁化面電流（線）密度當(dāng)時(shí)，即當(dāng)平行介質(zhì)表面時(shí),介質(zhì)表面14第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一3.磁化規(guī)律各向同性磁介質(zhì)(順磁質(zhì)或抗磁質(zhì))介質(zhì)的磁導(dǎo)率各向同性電介質(zhì)介質(zhì)的介電常數(shù)15第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一考慮到磁介質(zhì)中還存在磁化電流，所以對(duì)于磁介質(zhì)，（1）式則需加以修正，等號(hào)右邊的I內(nèi)應(yīng)該包括傳導(dǎo)電流和磁化電流.四、的環(huán)路定理

1.的環(huán)路定理

16第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一設(shè)：I0─傳導(dǎo)電流I─磁化電流磁介質(zhì)I定義I0L17第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一得：H的單位：真空：A/m

（SI）；磁場強(qiáng)度的環(huán)路定理18第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一各向同性磁介質(zhì)因則有將代入得各向同性電介質(zhì)2.的關(guān)系又得19第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一討論思路1）有介質(zhì)時(shí)磁場的性質(zhì)方程3）在解場方面的應(yīng)用在具有很好對(duì)稱性的情況下可以首先由的環(huán)路定理解出2）是由傳導(dǎo)電流和磁化電流共同產(chǎn)生的，不能認(rèn)為只與傳導(dǎo)電流有關(guān)20第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一例1介質(zhì)中閉合回路L所套連的磁化電流為：證：L任取且可無限縮小故I0=0處I=0L磁介質(zhì)無傳導(dǎo)電流處也無磁化電流證明在各向同性均勻磁介質(zhì)內(nèi)3.環(huán)路定理的應(yīng)用舉例21第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一例2

一充滿均勻磁介質(zhì)的密繞細(xì)螺繞環(huán)，

求：磁介質(zhì)內(nèi)的解：取回路如圖，設(shè)總匝數(shù)為N細(xì)螺繞環(huán)22第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一代入數(shù)據(jù)23第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一討論：設(shè)想把這些磁化面電流也分成每米103匝，相當(dāng)于分到每匝有多少？>>2(A)充滿鐵磁質(zhì)后>>24第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一例3

一充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為μr的均勻磁介質(zhì)的密繞無限長螺線管，單位長度的匝數(shù)為n，當(dāng)線圈內(nèi)通以電流I時(shí)，求螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁介質(zhì)表面的面束縛電流密度.

μrlabcd?P解:如圖,螺線管外無磁場,管內(nèi)磁場均勻,且和都與管的軸線平行.作一環(huán)路abcda,如圖所示那么,25第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一μrlabcd?P據(jù)的環(huán)路定理,有即有于是,管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為由得磁介質(zhì)中的磁化強(qiáng)度為26第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一討論:對(duì)于抗磁質(zhì),μr<1,j'<0,這表明束縛電流的方向和傳導(dǎo)電流的方向相反;對(duì)于順磁,μr>1,j'>0,這表明束縛電流的方向和傳導(dǎo)電流的方向相同;對(duì)于鐵磁質(zhì),μr>>1,j'>>nI,這表明束縛電流的方向和傳導(dǎo)電流的方向相同且比傳導(dǎo)電流面密度nI大得多,可以認(rèn)為這時(shí)的磁場基本上是由鐵磁質(zhì)表面的束縛電流產(chǎn)生的.μrlabcd?P順磁質(zhì)情況27第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一五、鐵磁質(zhì)(1)r

1可使磁場大幅度增加(2)r不是常數(shù)，與磁化歷史有關(guān)裝置起始磁化曲線1.鐵磁質(zhì)的宏觀性質(zhì)(3)B與H的關(guān)系為非線性關(guān)系，與磁化歷史有關(guān)28第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2.磁滯現(xiàn)象---剩磁---矯頑力起始磁化曲線起始磁化曲線都是“不可逆”的，即當(dāng)鐵磁質(zhì)到達(dá)磁飽和后，若慢慢減少電路電流，H值也跟著減少,而鐵磁質(zhì)中的B并不沿起始磁化曲線逆向減少，而是減少得比原來增加時(shí)慢.當(dāng)I=0,因而H=0時(shí),B并不為0而是還保持一定的值.這種現(xiàn)象叫磁滯現(xiàn)象或磁滯效應(yīng).H29第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一3.磁滯損耗

在交變電磁場中,鐵磁質(zhì)的反復(fù)磁化將引起介質(zhì)的發(fā)熱,稱為磁滯損耗.

實(shí)驗(yàn)和理論都可以證明:磁滯損耗和磁滯回線所包圍的面積成正比.BH30第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一4.磁性材料及應(yīng)用(1)軟磁材料BH

特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大矯頑力小容易磁化也容易退磁磁滯回線包圍面積小磁滯損耗小應(yīng)用:硅鋼片可作變壓器、電機(jī)、電磁鐵的鐵芯.鐵氧體(非金屬)可作高頻線圈的磁芯材料.31第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大矯頑力大不容易磁化也不容易退磁磁滯回線寬磁滯損耗大(2)硬磁材料應(yīng)用：作永久磁鐵永磁喇叭BH32第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

應(yīng)用：作計(jì)算機(jī)中的記憶元件磁化時(shí)極性的反轉(zhuǎn)構(gòu)成了“0”與“1”(3)矩磁材料：BH特點(diǎn)：磁滯回線呈矩形狀33第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一5.居里溫度

6.鐵磁性起因

磁疇--電子的自旋磁矩可以不靠磁場而取得一致的方向.在鐵磁體內(nèi)存在無數(shù)個(gè)線度約為10-4m的小區(qū)域,這些小區(qū)域叫磁疇.在每個(gè)磁疇中,所有原子的磁矩都方向一致地整齊排列著.各種材料磁疇的線度相差較大.一個(gè)磁疇中約有1012--1015個(gè)原子.

居里點(diǎn)順磁質(zhì)鐵7670C鎳3570C磁疇鐵磁質(zhì)第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一純鐵硅鐵鈷磁疇35第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一Si-Fe單晶(001)面的磁疇結(jié)構(gòu)箭頭表示磁化方向0.1mm36第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖37第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

鐵磁質(zhì)在不斷增大的外磁場作用下,其磁矩方向和外磁場方向接近的磁疇逐漸擴(kuò)大,而方向相反的磁疇逐漸縮小.最后當(dāng)外磁場增大到一定程度后,所有磁疇的磁矩方向也都指向同一個(gè)方向了.這時(shí)鐵磁質(zhì)就達(dá)到磁飽和的狀態(tài).磁滯現(xiàn)象可以用磁疇的疇壁很難恢復(fù)原來形狀來說明.38第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一六、簡單磁路如圖,鐵心的長度為l,橫截面積為S,氣隙的寬度為δ,鐵心上繞有N匝線圈,通過線圈的電流為I,鐵心的相對(duì)磁導(dǎo)率為μr,那么鐵心氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是多少?解:不考慮漏磁通,據(jù)磁通連續(xù)原理,通過鐵心各處橫截面的磁通量Φ應(yīng)相等,因而鐵心內(nèi)各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B也應(yīng)相等.因氣隙很小,故氣隙處的磁場可認(rèn)為并不散開,有磁場部分的面積仍為S,因此氣隙處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0與鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B相等.Il39第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一Il據(jù)安培環(huán)路定理,有于是由于所以由此得因鐵心μr很大,所以即使δ不大,μrδ亦不小,這使得鐵心內(nèi)和氣隙處的B大大減小.40第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一因?yàn)棣?BS,所以類比電路公式作如下類比其中,Φ叫磁流(磁通),NI叫磁動(dòng)勢,Rm叫磁阻,Um叫磁壓.41第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一—閉合磁路歐姆定律磁阻串聯(lián)公式:磁阻并聯(lián)公式:并聯(lián)磁路一例:第9章結(jié)束42第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一1.磁場的界面關(guān)系靜磁屏蔽由可得

B1n=B2n(1)設(shè)界面無傳導(dǎo)電流，由可得

H1t=H2t(2)即

(2)＇12121212附錄：43第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一在1很大的介質(zhì)1中，線幾乎平行界面，這就是鐵磁質(zhì)中線沿鐵芯延續(xù)的情形若，則，當(dāng)時(shí)，12121>>22190°244第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一B內(nèi)R2R1鐵管（板面）靜磁屏蔽計(jì)算表明：

t=1cm時(shí)，k=0.5%.屏蔽系數(shù)若

t=0.1cm時(shí)，k=5%；則

精密探頭、顯象管…都需要磁屏蔽45第四十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一2.磁致伸縮—磁致伸縮長度相對(duì)改變約10-5量級(jí)溫下可達(dá)10-1某些材料在低磁致伸縮有一定固有頻率化頻率和固有頻率一致時(shí)發(fā)生共振當(dāng)外磁場變可用于制作激振器、超聲波發(fā)生器等46第四十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期一

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“交換耦合作用”使得在無外磁場作用時(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)