軟磁材料的磁滯回線比較瘦PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1 軟磁材料的磁滯回線比較瘦軟磁材料的磁滯回線比較瘦 11-7 介質(zhì)靜磁學(xué)介質(zhì)靜磁學(xué) 1、磁介質(zhì)及其分類、磁介質(zhì)及其分類 磁介質(zhì)置于磁介質(zhì)置于B0中，激發(fā)附加中，激發(fā)附加B (磁化電流產(chǎn)生的附加磁場）磁化電流產(chǎn)生的附加磁場） BBB 0 討論：討論： 逆磁質(zhì) 順磁質(zhì) 很小， 0 0 BB BB B 1 ) 2 ) 很大，鐵磁質(zhì) B 本節(jié)要求很低本節(jié)要求很低 僅講要求內(nèi)容僅講要求內(nèi)容 同向BB , 0 反向BB , 0 第1頁/共22頁 磁介質(zhì)磁介質(zhì): * 相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率: o r B B 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無磁介質(zhì)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無磁介質(zhì)的 螺旋管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值，螺旋管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度

2、的比值， 可表征它們在磁場中的性質(zhì)?？杀碚魉鼈冊诖艌鲋械男再|(zhì)。 0 B I I B I I * 順磁質(zhì)順磁質(zhì)1 r 1 r * 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) 1 r * 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) 磁介質(zhì)的分類：磁介質(zhì)的分類： 如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。 ，如氮、水、銅、銀、金、鉍等。，如氮、水、銅、銀、金、鉍等。 如鐵、鈷、鎳等如鐵、鈷、鎳等 超導(dǎo)體是理想的抗磁體超導(dǎo)體是理想的抗磁體 順磁質(zhì)見順磁質(zhì)見抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) , P98表表11.7-1 0 r 磁化率磁化率 m mr 1 er 1 第2頁/共22頁 2. 磁介質(zhì)的順磁性和抗磁性磁介質(zhì)的順磁性和抗磁性 抗磁性物質(zhì)：抗磁性物質(zhì)： 分子中電子和核的運(yùn)

3、動都能產(chǎn)生磁效應(yīng)，分子對外界磁效應(yīng)的總和可用一個(gè)等效的圓電流來代替，稱為分子電流，其磁矩稱為分子磁矩，用分子中電子和核的運(yùn)動都能產(chǎn)生磁效應(yīng)，分子對外界磁效應(yīng)的總和可用一個(gè)等效的圓電流來代替，稱為分子電流，其磁矩稱為分子磁矩，用 表示。表示。 l 0 l 順磁性物質(zhì)：順磁性物質(zhì)：0 l 但無外場時(shí)，由于分子電流的取向在各方向幾率一樣，因此對外不顯磁性但無外場時(shí)，由于分子電流的取向在各方向幾率一樣，因此對外不顯磁性 0 l l MB LM LddtM 方向僅改變 l MB 0 0 B 產(chǎn)生順磁，產(chǎn)生順磁， l 進(jìn)動后進(jìn)動后 產(chǎn)生抗磁產(chǎn)生抗磁 第3頁/共22頁 磁介質(zhì)在外場中受到兩種作用：磁介質(zhì)在外

4、場中受到兩種作用： 一是分子固有磁矩在外場中重新取向，產(chǎn)生磁場一是分子固有磁矩在外場中重新取向，產(chǎn)生磁場 B 與外磁場與外磁場 同向。同向。(順磁質(zhì)順磁質(zhì) ) 0 B l 0 B 二是在外場作用下，原子或分子中各個(gè)電子因進(jìn)動而產(chǎn)生附加磁矩，用二是在外場作用下，原子或分子中各個(gè)電子因進(jìn)動而產(chǎn)生附加磁矩，用 表示。無論是抗磁物質(zhì)還是順磁物質(zhì)表示。無論是抗磁物質(zhì)還是順磁物質(zhì) 總是與總是與 反向。反向。 l 3、抗磁質(zhì)的磁化、抗磁質(zhì)的磁化 0 l l 與與 0 B 的方向相反，的方向相反， 與 0 B 的方向相反，的方向相反， B 0 BM l 第4頁/共22頁 4、順磁質(zhì)的磁化、順磁質(zhì)的磁化 l 與

5、與 0 B 的方向相反，的方向相反， 0 l l 0 B 與與 的方向相同，的方向相同， B 但但 與與 0 B 的方向相同的方向相同 ll 故抗磁性顯現(xiàn)不出來，故抗磁性顯現(xiàn)不出來， 1. 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 討論：討論：對于真空對于真空 M=0 對于順磁質(zhì)對于順磁質(zhì) 同向與同向，與 0 BBBM 即單位體積內(nèi)所有分子磁矩的矢量和即單位體積內(nèi)所有分子磁矩的矢量和 對于抗磁質(zhì)對于抗磁質(zhì) 反向與反向，與 00 BBBM 0 B B 0 B B 磁化強(qiáng)度和磁化電流磁化強(qiáng)度和磁化電流 （P100101可不看按下面求）可不看按下面求） HM m V M li 實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律 第5頁/共22頁 在均勻外磁

6、場中，各向同性均勻的在均勻外磁場中，各向同性均勻的順磁質(zhì)順磁質(zhì)被磁化，未被抵消的分子電流沿著柱面流動，稱為磁化面電流。被磁化，未被抵消的分子電流沿著柱面流動，稱為磁化面電流。 B 0 B . 磁化面電流磁化面電流 磁化面電流也稱為磁化面電流也稱為 束縛面電流或分子電流。束縛面電流或分子電流。 若在若在l長介質(zhì)表面束縛分子面電流為長介質(zhì)表面束縛分子面電流為 i 則其線密度為則其線密度為 設(shè)介質(zhì)的截面積設(shè)介質(zhì)的截面積 S，則有：則有： l M i 0 BM l l i J 磁化面電流線密度磁化面電流線密度 在垂直于電流流動方向上在垂直于電流流動方向上 單位長度的分子面電流。單位長度的分子面電流。

7、J J V lSJ V iS M 第6頁/共22頁 束縛電流線密度束縛電流線密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。 磁化強(qiáng)度的環(huán)流磁化強(qiáng)度的環(huán)流 l M i 普遍情況下可以證明普遍情況下可以證明 電介質(zhì)有電介質(zhì)有nP 束縛電荷面密度束縛電荷面密度的大小等于的大小等于 電極化強(qiáng)度的法向分量。電極化強(qiáng)度的法向分量。 a b d c M i 以充滿介質(zhì)的螺旋管為例，以充滿介質(zhì)的螺旋管為例， 選如圖回路，求環(huán)流選如圖回路，求環(huán)流 磁化強(qiáng)度沿任一回路的環(huán)流，等于磁化強(qiáng)度沿任一回路的環(huán)流，等于 穿過此回路的束縛電流穿過此回路的束縛電流 i的代數(shù)和的代數(shù)和 i與與L環(huán)繞方向成右旋者

8、為正，反之為負(fù)。環(huán)繞方向成右旋者為正，反之為負(fù)。 HM m nMJ iabJabMl dM n M J n M J 第7頁/共22頁 磁介質(zhì)中的磁場磁介質(zhì)中的磁場 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 1. 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 L L L iIl dB 00 l dMIl dB L L L 00 L L IldM B )( 0 束縛電流束縛電流 傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流 L L ildM 有磁介質(zhì)的總場有磁介質(zhì)的總場 1 I 2 I L i I kn I 1n I M B H def 0 第8頁/共22頁 M B H 0 定義磁場強(qiáng)度定義磁場強(qiáng)度 則有：則有： L L Il dH 沿任一閉合路徑

9、磁場強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。沿任一閉合路徑磁場強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。 物理意義物理意義 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度H 的單位：的單位：安培安培/米米(A/m) （ SI） H 的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流 I 有關(guān)有關(guān),與介質(zhì)無關(guān)。與介質(zhì)無關(guān)。 (當(dāng)當(dāng) I 相同時(shí)，盡管介質(zhì)不同，相同時(shí)，盡管介質(zhì)不同，H 在同一點(diǎn)上在同一點(diǎn)上 也不相同，然而環(huán)流卻相同。因此可以用它也不相同，然而環(huán)流卻相同。因此可以用它 求場量求場量 ，就象求，就象求 那樣。那樣。 H D a b d c M i nIHIabnabH 例：例：有磁介質(zhì)無限長螺線管有磁介質(zhì)無限長

10、螺線管 HHB r 0 nIB r 0 第9頁/共22頁 電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中的高斯定理 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 S S qqSdE)( 1 0 0 L L L iIl dB 00 l dMIl dB L L L 00 L L Il dM B )( 0 M B H def 0 L L Il dH S S S SdPqSdE 0 0 0 11 S S qSdPE 00 )( PED def 0 V e S dVSdD 第10頁/共22頁 ED e 0 )1 ( EED r 0 r 稱為相對電容率稱為相對電容率 或相對介電常量?；蛳鄬殡姵Ａ?。 之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：

11、 pDE , )1 ( er EP e 0 HM m 之之間的關(guān)系間的關(guān)系MHB , 實(shí)驗(yàn)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律 量量 綱綱 M B H def 0 PED def 0 HB m )1 ( 0 )1 ( mr HHB r 0 r 稱為相對磁導(dǎo)率稱為相對磁導(dǎo)率 r 0 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 電磁電磁 場的場的 本構(gòu)本構(gòu) 方程方程 描述真空描述真空 中電磁場和中電磁場和 介質(zhì)中電介質(zhì)中電 磁場的關(guān)系式磁場的關(guān)系式 第11頁/共22頁 解解 由安培環(huán)路定理由安培環(huán)路定理: 有有H2 r = r NI H 2 例題例題 一細(xì)鐵環(huán)中心周長一細(xì)鐵環(huán)中心周長l=30cm，橫截面積，橫截面積 S=1.0cm2,密繞密繞N=30

12、0匝。當(dāng)匝。當(dāng)I=32mA時(shí)，時(shí)， m=2.010-6wb ， 求鐵芯中的磁場強(qiáng)度求鐵芯中的磁場強(qiáng)度H，以及，以及 鐵芯的相對磁導(dǎo)率鐵芯的相對磁導(dǎo)率 r 。 NI m/A l NI 32 l c Il dH 內(nèi)內(nèi) r 第12頁/共22頁 求鐵芯的相對磁導(dǎo)率求鐵芯的相對磁導(dǎo)率 r 。 S m HS o m r =497 HB ro m=2.010-6 o=410-7 H=32 S=1.0 10- 4 第13頁/共22頁 例題例題 一根長直同軸線由半徑一根長直同軸線由半徑 a的長導(dǎo)線和套在它外面的內(nèi)半徑為的長導(dǎo)線和套在它外面的內(nèi)半徑為b、外半徑為外半徑為c的同軸導(dǎo)體圓筒組成。中間充滿磁導(dǎo)率為的同軸

13、導(dǎo)體圓筒組成。中間充滿磁導(dǎo)率為 的各向同性均勻非鐵磁絕緣材料的各向同性均勻非鐵磁絕緣材料,如圖所示。傳導(dǎo)電流如圖所示。傳導(dǎo)電流I沿導(dǎo)線向上流去沿導(dǎo)線向上流去, 由圓筒向下流回由圓筒向下流回,設(shè)電流在截面上都是均勻分布的。求同軸線內(nèi)外的磁場強(qiáng)度設(shè)電流在截面上都是均勻分布的。求同軸線內(nèi)外的磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的分布。的分布。 b c a o I I 解圖 題圖 I I a b c 第14頁/共22頁 解解 由安培環(huán)路定理由安培環(huán)路定理: 及及 B= H 2 2 a Ir HB o o r I H o 2 內(nèi) b c a o I I 例題圖 r 2 2 r a I ra: H= 2

14、r 2 2 a Ir H2 r 內(nèi)o I l dlH 內(nèi)0 IdlH 第15頁/共22頁 B=0 )( 2 22 22 bc rc r HB o o r Hbra 2 : 2 I BH r r I H o 2 內(nèi) I b c a o I I 例題圖 r r I 2 r brc: H= )( )( 22 22 bc brI r Hcr 2 : 0 = 0 第16頁/共22頁 1. 高高 值值 B= o r H= r Bo 鑄鋼：鑄鋼： r =500 2200， 硅鋼：硅鋼： r =7000 坡莫合金坡莫合金： r =105 因此因此,很小的電流就能在鐵磁質(zhì)中產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場。很小的電流就能在鐵磁質(zhì)

15、中產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場。 2.非線性非線性 相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率 r 要隨磁場的強(qiáng)弱發(fā)生變化，因此要隨磁場的強(qiáng)弱發(fā)生變化，因此B 和和H 的關(guān)系是非線性的。的關(guān)系是非線性的。 作為信號傳輸器件時(shí)，如變壓器鐵芯，要作為信號傳輸器件時(shí)，如變壓器鐵芯，要盡量工作在線性段盡量工作在線性段，以減小信號的失真。，以減小信號的失真。 B H 圖 H B 11-8 鐵鐵 磁磁 性性鐵、鈷、鎳和它們的合鐵、鈷、鎳和它們的合 金金 (p104) 第17頁/共22頁 3.有磁滯有磁滯有剰磁現(xiàn)象有剰磁現(xiàn)象 一般說來，抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)在外磁場消失時(shí)，磁性也消失。但鐵磁質(zhì)不同，外磁場消失后，還會一般說來，抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)在外磁場消

16、失時(shí)，磁性也消失。但鐵磁質(zhì)不同，外磁場消失后，還會保留部分磁性保留部分磁性，這就是，這就是磁滯磁滯現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 Br剩磁剩磁 Hc 矯頑力矯頑力(使鐵磁質(zhì)中的磁場完全消失所需加的反向磁場的大小使鐵磁質(zhì)中的磁場完全消失所需加的反向磁場的大小) 不同鐵磁質(zhì)的磁滯回線的形狀是不同不同鐵磁質(zhì)的磁滯回線的形狀是不同,它們各具有不同的剩磁它們各具有不同的剩磁Br和矯頑力和矯頑力Hc。根據(jù)磁滯回線的胖瘦可把鐵磁質(zhì)分為根據(jù)磁滯回線的胖瘦可把鐵磁質(zhì)分為硬磁材料硬磁材料和和軟磁材料軟磁材料。 -Hc 圖 磁滯回線磁滯回線 Br B H 第18頁/共22頁 圖圖 硬磁材料的磁滯回線硬磁材料的磁滯回線 圖圖 軟磁材料

17、的磁滯回線軟磁材料的磁滯回線 硬磁材料的硬磁材料的磁滯回線顯得胖磁滯回線顯得胖(見圖見圖15-13),有較大的剩磁和矯頑力，常用來作永久磁體、記錄磁帶或電子計(jì)算機(jī)的記憶元件。有較大的剩磁和矯頑力，常用來作永久磁體、記錄磁帶或電子計(jì)算機(jī)的記憶元件。 軟磁材料的軟磁材料的磁滯回線比較瘦磁滯回線比較瘦(見圖見圖15-12),剩磁和矯頑力都很小，常用來作變壓器和電磁鐵的鐵心。剩磁和矯頑力都很小，常用來作變壓器和電磁鐵的鐵心。 B H 矩磁矩磁 第19頁/共22頁 例題例題 圖示為三種不同的磁介質(zhì)的圖示為三種不同的磁介質(zhì)的BH關(guān)系曲線，其中虛線表示的是關(guān)系曲線，其中虛線表示的是B= 0H 的關(guān)系。的關(guān)系。a、b、c各代表哪一類磁介質(zhì)的各代表哪一類磁介質(zhì)的BH關(guān)系曲線：關(guān)系曲線： a代表代表 的的BH關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) b代表代表 的的BH關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。 c代表代表 的的BH關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。 順磁質(zhì)順磁質(zhì) 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) 抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)的抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)的B和和H間是線性關(guān)系間是線性關(guān)系,相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率 r 與與1相差不大。在一般性相差不大。在