16物質(zhì)的磁性.ppt

1、第十六章,物質(zhì)的磁性,1、磁介質(zhì)的磁化 磁導(dǎo)率,2、磁介質(zhì)中的磁場、安培環(huán)路定律、磁場強(qiáng)度,3、鐵磁質(zhì),基本內(nèi)容:,第十六章,物質(zhì)的磁性,一、三種磁介質(zhì),1 磁介質(zhì)的磁化,1. 磁介質(zhì) 任何實物都是磁介質(zhì),反映磁介質(zhì)對原場的影響程度,r相對磁導(dǎo)率，,BB0，r1,BB0，r 1,順磁質(zhì),抗磁質(zhì),鐵磁質(zhì),r相對磁導(dǎo)率,（鋁、氧、錳、鉻等）,（銅、鉍、氫、硫、鉛等）,（鐵、鈷、鎳等）,2. 磁介質(zhì)的分類,增強(qiáng)原場,BB0，r 1,減弱原場,順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導(dǎo)率都非常接近于1。,通常不是常數(shù),具有顯著的增強(qiáng)原磁場的性質(zhì),強(qiáng)磁性物質(zhì),二、磁介質(zhì)的磁化,順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁性的起因可用安培分子電流在磁

2、場中的取向來解釋；鐵磁質(zhì)需用磁疇說明。,圓電流,分子（固有）磁矩,-分子中所有的電子軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和,在物質(zhì)的分子中，每個電子都繞原子核作軌道運動，這樣所具有的磁矩稱為軌道磁矩；此外，電子本身還有自旋，這樣會具有自旋磁矩。,可以用一個等效的圓電流 I 表示，這個圓電流稱為分子電流。,1. 順磁質(zhì)的磁性,由于分子的熱運動，分子磁矩取向各不相同，整個磁介質(zhì)對外不顯磁性。,無外磁場作用時，順磁質(zhì)分子的固有磁矩不為零,分子磁矩產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致,順磁質(zhì)磁化結(jié)果：使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)，即,有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向，宏觀上產(chǎn)生附加磁場,磁介質(zhì)

3、的磁化,電子軌道半徑不變,當(dāng)外場方向與原子磁矩反方向時,當(dāng)外場方向與原子磁矩方向相同時,2.抗磁質(zhì)的磁性,無外磁場作用時，抗磁質(zhì)分子中各電子的磁效應(yīng)相互抵消，分子的固有磁矩為零，對外不顯磁性。,在外磁場作用下，分子電流產(chǎn)生的附加磁矩方向和外磁場方向相反。附加磁矩產(chǎn)生的附加磁場和外磁場相反。,抗磁質(zhì)磁化結(jié)果：使介質(zhì)內(nèi)部的磁場削弱，即,順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)的磁化機(jī)制不同：,但磁介質(zhì)在外磁場中，都會在其表面出現(xiàn)磁化電流，這種現(xiàn)象稱為磁介質(zhì)的磁化。,順磁質(zhì)：固有磁矩是順磁質(zhì)磁化的主要原因,抗磁質(zhì)：附加磁矩是抗磁質(zhì)磁化的原因,3. 磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象,磁化電流或束縛電流Is,磁化電流或束縛電流Is,磁化電流,對

4、于各向同性的均勻介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部各分子電流相互抵消，而在介質(zhì)表面，各分子電流相互疊加，在表面出現(xiàn)一層電流，稱為磁化電流（或束縛電流）。,一、有磁介質(zhì)時磁場的高斯定理,磁介質(zhì)存在時，磁感應(yīng)線仍是一系列無頭無尾的閉合曲線,(有磁介質(zhì)的磁場的高斯定理),對于任意閉合曲面S,2 有磁介質(zhì)時磁場的基本性質(zhì),有磁介質(zhì)的磁場仍是無源場！,真空中的安培環(huán)路定理,二、 有磁介質(zhì)時磁場的安培環(huán)路定理,有磁介質(zhì)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,仍是非保守場！,磁介質(zhì)場中的安培環(huán)路定理,又,令,磁介質(zhì)的 磁導(dǎo)率,磁介質(zhì)內(nèi)磁場強(qiáng)度沿任何閉合路徑的線積分等于該回路所包圍的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。,磁場強(qiáng)度,（3）H 的環(huán)流與磁介質(zhì)無關(guān)，也

5、與閉合環(huán)路外的傳導(dǎo)電流無關(guān)，僅與閉合環(huán)路內(nèi)的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和有關(guān)。,（2）H是閉合環(huán)路內(nèi)、外的電流共同作用的結(jié)果，即H與所有傳導(dǎo)電流和磁化電流有關(guān)。,（1）H 稱為磁場強(qiáng)度，是一個輔助量，也反映磁場分布.,磁場的安培環(huán)路定理,（4）安培環(huán)路定理可用于求解某些對稱性磁介質(zhì)場的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，注意： 先利用安培環(huán)路定理求出H 閉合環(huán)路的選取原則與真空磁場相同，H與B0方向一致 再利用B與H的關(guān)系求出B,討論,例1 有兩個半徑分別為 和 的“無限長”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對磁導(dǎo)率為 的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流 時，試 求（1）磁介質(zhì)中任意點 P 的磁感應(yīng)強(qiáng)度的 大小;（2）圓柱體

6、外面一點 Q 的 磁感強(qiáng)度.,解 對稱性分析,各向同性磁介質(zhì),同理可求,例2 求充滿均勻順磁介質(zhì)的環(huán)形螺線管的磁感應(yīng)強(qiáng)度。已知：r 、R1、R2、I、N。,解：,3 鐵磁質(zhì)的性質(zhì),一 鐵磁質(zhì)磁性的微觀解釋,磁疇：相鄰原子中電子的自旋磁矩自發(fā)地平行排列，形成一個個小的自發(fā)磁化區(qū),無外磁場：各磁疇磁化方向雜亂無章，磁矩相互抵消，整個鐵磁質(zhì)對外不顯磁性,外加磁場：各磁疇磁矩的方向趨向外磁場方向，將產(chǎn)生很大的附加磁場，所以，總磁感應(yīng)強(qiáng)度很大,-磁性很強(qiáng),-表現(xiàn)出磁滯現(xiàn)象,-存在居里點,去除外磁場：分裂成許多磁疇。由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等原因，磁疇之間存在摩擦阻力，使磁疇不能恢復(fù)到磁化前的雜亂排列狀態(tài),T升高

7、，分子熱運動加劇。TTc時，磁疇全部被破壞，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)為順磁質(zhì),工作溫度高于Tc時，鐵磁質(zhì)將喪失其鐵磁性而轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì),二 鐵磁質(zhì)的基本性質(zhì),（1）相對磁導(dǎo)率 r 1：一般可達(dá)102104，最高可達(dá)106,（3） 不再是常數(shù)，隨H而變化，即B與H之間是非線性關(guān)系,（2）鐵磁質(zhì)有一臨界溫度Tc-居里點,H從0增大，B也增大；M點開始，隨著H的增加，B急劇增加，因為磁疇在磁場作用下迅速沿外場方向排列;到N點，再增大H，B增加的就比較慢了；到P點后,再增加H時，B的增加十分緩慢，磁化已達(dá)飽和的程度。,Br: 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度,Hc: 矯頑力(代表鐵磁質(zhì)抵抗去磁的能力),磁滯回線,三 磁滯回線,BS: 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,起始磁化曲線,（3）矩磁材料,特點：矯頑力小，磁滯回線窄 應(yīng)用：硅鋼片，作變壓器的鐵芯； 鐵氧體（非金屬），作高頻線圈的磁芯材料,特點：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，矯頑力較大磁滯回線寬 應(yīng)用：作永久磁鐵，永磁喇叭,特點：磁滯回線接近矩形 應(yīng)用：作計算機(jī)中的記憶元件,四 鐵磁質(zhì)的分類,（1）軟磁材料,（2）硬磁材料,五 磁屏蔽,把磁導(dǎo)率不同的兩種磁介質(zhì)放到磁場中，在它們的交界面上磁場要發(fā)生突變，引起了磁感應(yīng)線的折射.,示波管、顯像管中電子束聚焦部分，為了防止外界磁場的干擾，常在它們的外部加上用軟磁材料做成的磁屏蔽罩。,一、磁場的性質(zhì),安培環(huán)