第六章 磁介質(zhì)

1、電磁學(xué)電磁學(xué)多媒體教學(xué)課件多媒體教學(xué)課件西安電子科技大學(xué)理學(xué)院西安電子科技大學(xué)理學(xué)院第六章 磁介質(zhì)2第六章第六章 磁介質(zhì)磁介質(zhì)1 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn)2 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律3 磁場(chǎng)的能量和能量密度磁場(chǎng)的能量和能量密度第六章 磁介質(zhì)31 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn)一一 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化1. 1. 磁介質(zhì)的磁化機(jī)理磁介質(zhì)的磁化機(jī)理每個(gè)分子等效一個(gè)圓電流每個(gè)分子等效一個(gè)圓電流pppmmlms00順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)pm0磁疇磁疇mp軌道角動(dòng)量軌道角動(dòng)量對(duì)應(yīng)的磁矩對(duì)應(yīng)的磁矩自旋角動(dòng)量自旋角動(dòng)量對(duì)應(yīng)的磁矩對(duì)應(yīng)的磁矩鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)第六章 磁介質(zhì)41 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn) 由于分子

2、磁矩的取向一致由于分子磁矩的取向一致 考慮到它們相對(duì)應(yīng)的分子電流考慮到它們相對(duì)應(yīng)的分子電流如如 長(zhǎng)直螺線管內(nèi)部充滿均勻的各向同性介質(zhì)將被均勻磁化長(zhǎng)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B均勻磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng)螺線管截面螺線管截面mpI2. 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度VpMimiVlim0磁化強(qiáng)度與磁化電流磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系：的關(guān)系：LlMInMjd第六章 磁介質(zhì)51 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn)二二 磁介質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁介質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B BBo 有磁介質(zhì)時(shí)的總場(chǎng)是有磁介質(zhì)時(shí)的總場(chǎng)是傳導(dǎo)電流產(chǎn)生傳導(dǎo)電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)

3、抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)rBB0111rrr在介質(zhì)均勻充滿磁在介質(zhì)均勻充滿磁場(chǎng)的情況下場(chǎng)的情況下第六章 磁介質(zhì)61 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn)三三 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理和高斯定理有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理和高斯定理設(shè)：設(shè)：I0 傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流I 磁化電流磁化電流)(00內(nèi)內(nèi)IIlBLdlMILd000內(nèi)磁介磁介質(zhì)質(zhì)I 內(nèi)00)(IlMBLdMBH0定義定義I0L1. 安培環(huán)路定理安培環(huán)路定理第六章 磁介質(zhì)71 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn)得：得：LIlH內(nèi)0dH 的單位：的單位：真空：真空：00 BHM ，。 A/m410Oe13 奧斯特奧斯特 Oe（SGSM）A/m （ SI ）；）；MBH0磁場(chǎng)強(qiáng)

4、度磁場(chǎng)強(qiáng)度內(nèi)00)(IlMBLd的環(huán)路定理的環(huán)路定理H第六章 磁介質(zhì)81 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn)各向同性線性磁介質(zhì)各向同性線性磁介質(zhì)MBH0HBr0HB HMr）（1r 0 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率令令則有則有將將代入代入得得2. 高斯定理高斯定理0 SBSd該結(jié)論對(duì)傳導(dǎo)電流或介質(zhì)中的磁化電流都適用。該結(jié)論對(duì)傳導(dǎo)電流或介質(zhì)中的磁化電流都適用。第六章 磁介質(zhì)91 分子電流觀點(diǎn)分子電流觀點(diǎn)解：由安培環(huán)路定理解：由安培環(huán)路定理iiIl dH內(nèi) l dHIrHHdl2rIH2rIHBrr200rI 例：一根長(zhǎng)直單芯電纜的芯是一根半徑為例：一根長(zhǎng)直單芯電纜的芯是一根半徑為R R的金屬導(dǎo)體，它的金屬導(dǎo)體，它和導(dǎo)電外

5、壁之間充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為和導(dǎo)電外壁之間充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為 r r的均勻介質(zhì)。今有電流的均勻介質(zhì)。今有電流I I均勻地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(qiáng)流過芯的橫截面并沿外壁流回。求磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布度的分布。第六章 磁介質(zhì)102 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律一一 磁化率和磁導(dǎo)率磁化率和磁導(dǎo)率各向同性線性磁介質(zhì)各向同性線性磁介質(zhì)HHMrm1m介質(zhì)的介質(zhì)的磁磁化率化率介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)rBB0111rrr在介質(zhì)均勻充滿磁場(chǎng)的情況下在介質(zhì)均勻充滿磁場(chǎng)的情況下第六章 磁介質(zhì)112 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律二二 順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)順磁

6、質(zhì)和抗磁質(zhì)0BBB無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)順順 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化分子圓電流和磁矩分子圓電流和磁矩mI0B有外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)sI第六章 磁介質(zhì)122 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律qv0B0,B 同同向向時(shí)時(shí)qv0,B 反反向向時(shí)時(shí)0B無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)抗磁質(zhì)無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)抗磁質(zhì)分子磁矩為零分子磁矩為零 0m0BBB抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)FmFmmm抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的磁化第六章 磁介質(zhì)132 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律三三 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)存在一些小的均勻區(qū)域，存在一些小的均勻區(qū)域，同一磁疇內(nèi)分子的磁矩同一磁疇內(nèi)分子的磁矩的取向近似相同。的取向近似相同。磁化的過程中各磁疇的磁矩朝磁場(chǎng)方向取向，磁化的過程中

7、各磁疇的磁矩朝磁場(chǎng)方向取向，因而表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁效應(yīng)因而表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁效應(yīng)鐵、鈷、鎳、鏑等物質(zhì)鐵、鈷、鎳、鏑等物質(zhì)1. 鐵磁質(zhì)結(jié)構(gòu)鐵磁質(zhì)結(jié)構(gòu)這些小的區(qū)域稱為這些小的區(qū)域稱為磁疇。磁疇。第六章 磁介質(zhì)142 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律測(cè)量測(cè)量B B與與H H的關(guān)系的關(guān)系2. 2. 磁滯回線磁滯回線csr.crB.BH磁磁 滯滯 回回 線線cHabcdefgo磁滯現(xiàn)象：磁滯現(xiàn)象：B 滯后于滯后于 H 的變化的變化sBrBNR=2 HI根據(jù)電流的測(cè)量再由式根據(jù)電流的測(cè)量再由式可得到可得到H 第六章 磁介質(zhì)152 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律磁磁 滯滯 回回 線線csr.crB.BHabcdefgo鐵

8、磁質(zhì)磁化過程中要消耗鐵磁質(zhì)磁化過程中要消耗能量，此能量稱為磁滯損耗能量，此能量稱為磁滯損耗實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)沿磁滯線經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)沿磁滯線經(jīng)歷磁滯回線所圍的面積磁滯回線所圍的面積成正比。成正比。一次循環(huán)磁滯損耗與一次循環(huán)磁滯損耗與第六章 磁介質(zhì)16不是一個(gè)常量，它的值不不是一個(gè)常量，它的值不 僅決定于原線圈中僅決定于原線圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。 1）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率HB，rBHrHB 和和H 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。2 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律3） 有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。2） 有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可以使磁

9、場(chǎng)增強(qiáng)有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可以使磁場(chǎng)增強(qiáng)倍。倍。10102 24 4第六章 磁介質(zhì)172 介質(zhì)的磁化規(guī)律介質(zhì)的磁化規(guī)律應(yīng)用：硅鋼片，作變壓器的鐵芯。鐵氧體應(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。（非金屬）作高頻線圈的磁芯材料。矩磁材料：作計(jì)算機(jī)中的記憶元件。矩磁材料：作計(jì)算機(jī)中的記憶元件。特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，磁滯回線窄。特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，磁滯回線窄。 1 1）軟磁材料）軟磁材料特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力大，特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力大， 磁滯回線寬。磁滯回線寬。2 2）硬磁材料）硬磁材料應(yīng)用：作永久磁鐵，永磁喇叭應(yīng)用：作永久磁鐵，永磁喇叭第六章 磁介質(zhì)183 磁場(chǎng)的能量和能量密度磁場(chǎng)的能量和能量密度一、載流自感線圈所儲(chǔ)存的能量一、載流自感線圈所儲(chǔ)存的能量1 1、載流自感線圈儲(chǔ)存能量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、載流自感線圈儲(chǔ)存能量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證載流自感線圈確實(shí)儲(chǔ)存載流自感線圈確實(shí)儲(chǔ)存了能量。了能量。2 2、儲(chǔ)能公式、儲(chǔ)能公式IRdtdILRIdtdILII2RdtILIdIIdt2tItRdtILIdIIdt0200221LIWm第六章 磁介質(zhì)191 1、磁場(chǎng)能量的概念：磁場(chǎng)具有能量。這是磁場(chǎng)、磁場(chǎng)能量的概念：磁場(chǎng)具有能量。這是磁場(chǎng)物質(zhì)性的體現(xiàn)。物質(zhì)性的體