《磁場中的鐵磁體》課件

《磁場中的鐵磁體》探索磁場與鐵磁體之間的奇妙關(guān)系！什么是磁場？磁場定義磁場是磁體周圍空間存在的特殊物質(zhì)，它對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷或磁體產(chǎn)生力的作用。磁場產(chǎn)生磁場是由運(yùn)動(dòng)電荷或電流產(chǎn)生的。磁體內(nèi)部存在著大量有序排列的磁矩，從而產(chǎn)生磁場。磁場的基本性質(zhì)1方向性磁場具有方向性，用磁力線來表示，磁力線的方向即磁場方向。2磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度是描述磁場強(qiáng)弱的物理量，單位是特斯拉（T）。3磁場疊加多個(gè)磁場的疊加遵循矢量疊加原理，即多個(gè)磁場合成的磁場強(qiáng)度等于各個(gè)磁場強(qiáng)度矢量的和。如何描述磁場磁力線磁力線是用來描述磁場方向的曲線，它們是假想的曲線，磁力線越密，磁場越強(qiáng)。磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度是一個(gè)矢量，它描述磁場對(duì)磁體的力的方向和大小。磁通量磁通量是通過某一面積的磁力線的總數(shù)，單位是韋伯（Wb）。磁場的研究歷史1公元前200年，中國人發(fā)明指南針，成為最早的磁場應(yīng)用。21820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流周圍存在磁場，開創(chuàng)了電磁學(xué)研究新紀(jì)元。31831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，為電磁學(xué)理論奠定了基礎(chǔ)。41873年，麥克斯韋提出了完整的電磁理論，將電磁學(xué)與光學(xué)統(tǒng)一起來。為什么要了解磁場中的鐵磁體？廣泛應(yīng)用磁場和鐵磁體在電機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、磁存儲(chǔ)設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。技術(shù)進(jìn)步對(duì)磁場和鐵磁體的深入研究推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，例如磁懸浮列車、磁共振成像等。未來展望未來，磁場和鐵磁體將在新能源、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。什么是鐵磁體？1鐵磁體2物質(zhì)鐵磁體是一類物質(zhì)，它們在磁場中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的磁性，且可以被永久磁化。3磁性鐵磁體內(nèi)部存在著大量有序排列的磁矩，使得它們能夠被磁化，并產(chǎn)生磁場。4原子結(jié)構(gòu)鐵磁體原子的電子自旋方向一致，使得原子具有磁矩，并相互作用形成磁疇。鐵磁體的基本特性1強(qiáng)磁性2磁化鐵磁體可以被磁化，即在磁場作用下，其磁矩排列變得更加有序，從而增強(qiáng)磁性。3磁滯現(xiàn)象鐵磁體磁化后，即使撤去外磁場，仍然會(huì)保留一定的磁性，這稱為磁滯現(xiàn)象。4居里溫度鐵磁體在超過居里溫度后，磁性會(huì)消失，變成順磁性物質(zhì)。鐵磁體的磁化過程1無磁化鐵磁體內(nèi)部的磁疇隨機(jī)排列，磁性很弱。2磁化開始當(dāng)鐵磁體處于弱磁場中，磁疇開始沿著磁場方向排列。3部分磁化隨著磁場強(qiáng)度增加，越來越多的磁疇沿著磁場方向排列，磁性增強(qiáng)。4飽和磁化當(dāng)磁場強(qiáng)度足夠大時(shí)，所有磁疇都沿著磁場方向排列，磁性達(dá)到最大值。磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象鐵磁體磁化后，即使撤去外磁場，仍然會(huì)保留一定的磁性。磁滯曲線磁滯現(xiàn)象可以用磁滯曲線來描述，它反映了鐵磁體磁化和退磁過程的磁化強(qiáng)度變化關(guān)系。磁化曲線磁化強(qiáng)度和磁化率磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度是指單位體積鐵磁體的磁矩總和，表示鐵磁體被磁化的程度。磁化率磁化率是指鐵磁體在磁場作用下磁化強(qiáng)度的變化與磁場強(qiáng)度的比值，反映鐵磁體對(duì)磁場的敏感程度。自發(fā)磁化磁疇鐵磁體內(nèi)部存在著稱為磁疇的區(qū)域，每個(gè)磁疇內(nèi)的原子磁矩都整齊排列，形成自發(fā)磁化。原子磁矩鐵磁體原子的電子自旋方向一致，使得原子具有磁矩，并相互作用形成磁疇。磁疇排列不同的磁疇之間，磁矩方向可能不同，導(dǎo)致整體上鐵磁體沒有明顯的磁性。居里溫度1低于居里溫度時(shí)，鐵磁體內(nèi)部的磁疇保持有序排列，具有強(qiáng)磁性。2超過居里溫度后，鐵磁體內(nèi)部的原子熱運(yùn)動(dòng)劇烈，磁疇的排列變得無序，磁性消失。順磁性和反鐵磁性順磁性順磁性物質(zhì)在磁場作用下被弱磁化，磁化方向與外磁場方向一致，但在撤去磁場后，磁性消失。反鐵磁性反鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部的原子磁矩反向排列，使得整體上沒有磁性，但在強(qiáng)磁場中可以被弱磁化。磁性材料的分類鐵磁材料具有強(qiáng)磁性，可以被永久磁化，例如鐵、鈷、鎳。順磁材料在磁場作用下被弱磁化，磁化方向與外磁場方向一致，例如鋁、鉑。反鐵磁材料內(nèi)部原子磁矩反向排列，整體沒有磁性，例如氧化錳。軟磁材料和硬磁材料軟磁材料易于磁化和退磁，磁滯回線窄，磁性容易消失，例如鐵磁合金。硬磁材料難以磁化，但磁化后不容易退磁，磁滯回線寬，磁性容易保留，例如永磁體。電磁感應(yīng)現(xiàn)象現(xiàn)象描述閉合電路中的導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)，或磁場發(fā)生變化時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。本質(zhì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象是由于磁場變化產(chǎn)生的電場，從而驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體中的自由電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流。電磁感應(yīng)定律1定律2磁通量變化閉合電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小等于穿過電路的磁通量變化率。3方向感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化。4應(yīng)用電磁感應(yīng)定律是發(fā)電機(jī)、變壓器等電磁設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)。電磁感應(yīng)在電機(jī)中的應(yīng)用1電機(jī)2工作原理電機(jī)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。3結(jié)構(gòu)電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子在磁場中旋轉(zhuǎn)。4應(yīng)用電機(jī)應(yīng)用廣泛，例如家用電器、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)?。電磁感?yīng)在發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用1發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。2工作原理發(fā)電機(jī)利用機(jī)械力驅(qū)動(dòng)線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。3應(yīng)用發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電等都利用了發(fā)電機(jī)。電磁感應(yīng)在變壓器中的應(yīng)用變壓器變壓器利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，改變交流電的電壓和電流。應(yīng)用變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，例如升壓變壓器、降壓變壓器。交流電的發(fā)展史11831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，為交流電的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。21882年，愛迪生發(fā)明直流發(fā)電機(jī)，并建立了直流供電系統(tǒng)。31888年，特斯拉發(fā)明交流發(fā)電機(jī)和交流電機(jī)，并提出交流電的優(yōu)勢。419世紀(jì)末，交流電逐漸取代直流電，成為主要的電力傳輸方式。交流電在生活中的應(yīng)用照明交流電用于驅(qū)動(dòng)各種燈泡，為我們的生活提供光照。家用電器交流電用于驅(qū)動(dòng)冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)等各種家用電器。電子設(shè)備交流電通過變壓器轉(zhuǎn)換為直流電，用于為計(jì)算機(jī)、手機(jī)等電子設(shè)備供電。交流電與直流電的對(duì)比交流電電流方向周期性變化，電壓大小和方向也周期性變化，可以用正弦曲線表示。直流電電流方向始終不變，電壓大小和方向也始終不變，可以用直線表示。交流電在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用電力系統(tǒng)交流電是主要的電力傳輸方式，用于輸送電力到工業(yè)和民用地區(qū)。工業(yè)生產(chǎn)交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為各種工業(yè)設(shè)備提供動(dòng)力，例如機(jī)器、工廠、礦山等。電氣設(shè)備交流電廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備，例如電焊機(jī)、電爐、電磁起重機(jī)等。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的渦流渦流現(xiàn)象當(dāng)導(dǎo)體在變化的磁場中運(yùn)動(dòng)，或?qū)w自身處于變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生環(huán)形的電流，稱為渦流。渦流方向渦流方向根據(jù)楞次定律確定，它產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起渦流的磁場變化。能量損耗渦流會(huì)產(chǎn)生熱量，造成能量損耗，在某些情況下需要抑制渦流。渦流在工業(yè)中的應(yīng)用1渦流應(yīng)用2感應(yīng)加熱利用渦流產(chǎn)生的熱量進(jìn)行金屬加熱，例如感應(yīng)加熱爐、感應(yīng)加熱器。3磁懸浮利用渦流產(chǎn)生磁力，實(shí)現(xiàn)物體的無接觸懸浮，例如磁懸浮列車、磁懸浮軸承。4無損檢測利用渦流產(chǎn)生的磁場變化來檢測金屬材料內(nèi)部缺陷，例如渦流探傷。磁流體力學(xué)及其在航天中的應(yīng)用1磁流體力學(xué)2研究內(nèi)容磁流體力學(xué)研究導(dǎo)電流體在磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及磁場對(duì)導(dǎo)電流體運(yùn)動(dòng)的影響。3航天應(yīng)用磁流體力學(xué)在航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如等離子體推進(jìn)、磁流體力學(xué)發(fā)電等。4未來展望未來，磁流體力學(xué)將在太空探索、能源利用等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。磁場對(duì)人體的影響1生物效應(yīng)強(qiáng)磁場對(duì)人體有一定的生物效應(yīng)，例如影響神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等。2醫(yī)療應(yīng)用