第16章有磁介質(zhì)存在時的磁場_圖文

1、第16章有磁介質(zhì)存在時的磁場§1 磁介質(zhì)對磁場的影響§2 原子的磁矩§3 磁介質(zhì)的磁化§4 H矢量及其環(huán)路定理§5鐵磁質(zhì)12B B B o =+'順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)§1磁介質(zhì)對磁場的影響有介質(zhì)時的磁場可表示為傳導(dǎo)電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生r B B =111r r r >>在介質(zhì)均勻充滿磁場的情況下介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率,它隨磁介質(zhì)的種類或狀態(tài)的不同而不同。r 磁介質(zhì)的分類:3§2原子的磁矩原子中的電子有繞核的軌道運動,同時還有自旋;這兩種運動都會產(chǎn)生磁場。類似載流圓線圈磁矩的定義,我們也可引進電子的磁偶極矩

2、(簡稱磁矩m :原子內(nèi)沿著圓形軌道的等效電流為:re I 2ev=n eIS m =其中為圓面積的正法線方向的單位矢量,它與電流流向滿足右手螺旋關(guān)系。n e r2v =假設(shè)電子質(zhì)量m e,在半徑為r的圓周上以恒定的速率v繞原子核運動,則電子繞核運動的回旋頻率為:4Z Lv同時,電子具有做軌道運動的角動量:rm L e v =代入上式:Lm e m e2=電子的角動量與磁矩反向故上式的矢量式為:Lm em e2-=evrev 2122=r r IS m 由此,電子軌道運動的磁矩為:5在量子理論中,軌道磁矩的值是量子化的,最小值稱為玻爾磁子:2241027.92mA =-em e m對于電子的內(nèi)稟

3、自旋磁矩與自旋角動量s 的關(guān)系:2 ,的大小等于s S m em eB -=物質(zhì)的磁性由電子軌道磁矩和自旋磁矩共同決定。原子核也有磁矩,但都小于電子磁矩的千分之一,一般情況下都不考慮。在正常情況下,如果分子磁矩的矢量和為零,該物質(zhì)為抗磁質(zhì);如果分子磁矩的矢量和具有一定的值,這個值叫分子的固有磁矩,該物質(zhì)為順磁質(zhì);鐵磁質(zhì)是順磁質(zhì)的一種特殊情況。6還可以證明,在外磁場的作用下,一個電子的軌道運動和自旋運動以及原子核的自旋運動都會發(fā)生變化,并產(chǎn)生一附加磁矩,其方向都是和外加磁場的方向相反的。m 對抗磁質(zhì)的分子來說,雖然沒有固有磁矩,但其在外磁場中會產(chǎn)生附加磁矩的矢量和就是該分子在外磁場中產(chǎn)生的感生磁

4、矩。由于其方向和外磁場方向相反,所以表現(xiàn)出抗磁性。對順磁質(zhì)的分子來說,即有固有磁矩,又有感生磁矩。由于感生磁矩要比固有磁矩小到5個數(shù)量級以下,所以其和矢量的方向和外磁場方向相同,所以還是表現(xiàn)出順磁性。7§3磁介質(zhì)的磁化二、磁化電流(束縛電流在外磁場作用下,由于分子磁矩的取向一致,考慮到分子電流在介質(zhì)表面總效應(yīng)相對應(yīng)的電流叫束縛電流。m 每個分子等效一個圓電流一、分子電流分子磁矩由于順磁質(zhì)分子的固有磁矩在磁場中定向排列或抗磁質(zhì)分子在磁場中產(chǎn)生了感應(yīng)磁矩,因而在磁介質(zhì)表面上出現(xiàn)束縛電流的現(xiàn)象叫磁介質(zhì)的磁化。B 均勻磁場螺線管截面m p I '如長直螺線管內(nèi)部充滿均勻的各向同性介質(zhì)

5、被均勻磁化8三、磁化強度1.磁化強度V p M imiV lim 0= 2.磁化強度與磁化電流的關(guān)系='='L lM I n M j d 極化強度Vp P i eiV lim 0= -='S s P q d n P =' 對比電介質(zhì)9§4H矢量及其環(huán)路定理一、有介質(zhì)時的環(huán)路定理=SL S B I l B (2 01 int 0 d d 真空考慮到磁化電流(1式則需加以修正10設(shè):I 0 傳導(dǎo)電流I ' 磁化電流(int int ,00I I l B L'+= d l M I L d +=0int ,00磁介質(zhì)I 'int ,00

6、(I l M B L =- d M B H -=0定義:磁場強度H I 0L11得:=LI l H i n t ,0 d H 的單位:真空中:00BH M=,。A/m 410Oe 13=奧斯特Oe (SGSM ,A/m (SI ;MBH -=磁場強度int,00(I l M BL=-d 的環(huán)路定理H一般情BBH M r=00,12解:根據(jù)題意,在垂直于電纜軸的平面內(nèi)作一圓心在軸上、半徑為r的圓周L。對此圓周應(yīng)用H的環(huán)路定理,得I rH I r d H L=2int ,0 由此得rI H 2=在利用B與H得關(guān)系,得IrB r20=一根長直單芯電纜的芯是一根半徑為R的金屬導(dǎo)體,它和導(dǎo)電外壁之間充滿

7、相對磁導(dǎo)率為的均勻介質(zhì)(如圖。今有電流I 均勻地流過芯的橫截面并沿外壁流回。求磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強度的分布。r B線是在與電纜軸垂直得平面內(nèi)圓心在軸上得同心圓13在鐵磁質(zhì)磁化特許的測量實驗中,設(shè)所用的環(huán)形螺線管上共有1000匝線圈,平均半徑未15.0cm ,當(dāng)通有2.0A 電流時,測得環(huán)內(nèi)磁感應(yīng)強度B=1.0T,求:(1螺繞環(huán)鐵心內(nèi)的磁場強度H;(2該鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率和相對磁導(dǎo)率。r 解:(1根據(jù)題意,取回路如圖,半徑為r的圓周。對此圓周應(yīng)用H的環(huán)路定理,得NI rH I r d H L=2int ,0 由此得r NI H 2=(101.215.02210003m A =14在鐵磁質(zhì)磁化特許的測量實

8、驗中,設(shè)所用的環(huán)形螺線管上共有1000匝線圈,平均半徑未15.0cm ,當(dāng)通有2.0A 電流時,測得環(huán)內(nèi)磁感應(yīng)強度B=1.0T,求:(2該鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率和相對磁導(dǎo)率。r 解:(2根據(jù)B與H的關(guān)系HH B r 0=得:(243/107.4101.21m A H B -=2740108.3104107.4=-r15一、鐵磁質(zhì)的宏觀性質(zhì)1. r >>1 可使原場大幅度增加2. r 與磁化歷史有關(guān)B-H 非線性裝置HHrB (T B r起始磁化曲線§5 鐵磁質(zhì)I 稱為勵磁電流磁飽和狀態(tài)163. 磁滯效應(yīng)B B r -B r H c-H cHr B -剩磁c H -矯頑力磁滯回線不

9、同得鐵磁質(zhì)的磁滯回線的形狀不同,可將磁性材料分成以下幾種:軟磁材料B H 應(yīng)用:硅鋼片,作變壓器、電機、電磁鐵的鐵芯,鐵氧體(非金屬作高頻線圈的磁芯材料特點: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。硬磁材料特點:剩余磁感應(yīng)強度大,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。應(yīng)用:作永久磁鐵,永磁喇叭。BH矩磁材料:特點:磁滯回線呈矩形狀應(yīng)用:作計算機中的記憶元件,磁化時極性的反轉(zhuǎn)構(gòu)成了“0”與“1”。BH4. 居里點由實驗現(xiàn)象得到,當(dāng)溫度高達一定程度時,鐵磁材料的磁滯效應(yīng)將消失而成為普通的順磁質(zhì)。這一溫度叫居里點,或居里溫度。20二、鐵磁性起因量

10、子理論磁疇-電子的自旋磁矩可以不靠磁場而取得一致的方向。各種材料磁疇的線度相差較大。一個磁疇中約有1012 -1015個原子,線度約為10-4m的區(qū)域。21磁疇純鐵硅鐵鈷Si-Fe單晶(001面的磁疇結(jié)構(gòu)箭頭表示磁化方向1mm單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖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。實驗和理論都可以證明,磁滯損耗和磁質(zhì)回線所包圍的面積成正比。BH思考題：16.1、16.2、16.3 16.1 將磁介質(zhì)樣品裝入試管中，用彈簧吊起來 掛到一豎直螺線管的上端開口處。當(dāng)螺線管通電 流后，則可發(fā)現(xiàn)隨樣品的不同，它可能受到該處 不均勻磁場的向上或向下的磁力。這是一種區(qū)分 樣品是順磁質(zhì)還是抗磁質(zhì)的精細的實驗。受到向 上的磁力的樣品是順磁質(zhì)還是抗磁質(zhì)？ 答：是抗磁質(zhì)。 提示：分別假設(shè)是順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)，分析其在 外磁場中的受力情況。 26 16.2 一塊永磁鐵落到地板上就可能部分退 磁。為什么？把一根鐵條南北放置，敲幾 下，就可能磁化，又為什么？ 答：磁介質(zhì)由于受到碰撞，其內(nèi)