鐵磁性物質(zhì)的磁化

1、第四節(jié)第四節(jié) 鐵磁性物質(zhì)的磁化鐵磁性物質(zhì)的磁化一、鐵磁性物質(zhì)的磁化一、鐵磁性物質(zhì)的磁化二、磁化曲線二、磁化曲線三、磁滯回線三、磁滯回線一、鐵磁性物質(zhì)的磁化一、鐵磁性物質(zhì)的磁化1磁化磁化本來不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場(chǎng)的作用而具有了磁性的現(xiàn)本來不具備磁性的物質(zhì)，由于受磁場(chǎng)的作用而具有了磁性的現(xiàn)象稱為該物質(zhì)被象稱為該物質(zhì)被磁化磁化。只有。只有鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)才能被磁化。才能被磁化。2被磁化的原因被磁化的原因( (1) )內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱為內(nèi)因：鐵磁性物質(zhì)是由許多被稱為磁疇磁疇的磁性小區(qū)域組成的磁性小區(qū)域組成的，每一個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。的，每一個(gè)磁疇相當(dāng)于一個(gè)小磁鐵。( (2)

2、)外因：有外磁場(chǎng)的作用。外因：有外磁場(chǎng)的作用。如圖如圖 5-7( (a) ) 所示，當(dāng)無外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇排列雜亂無章，所示，當(dāng)無外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，對(duì)外不顯磁性；磁性相互抵消，對(duì)外不顯磁性；如圖如圖 5-7( (b) ) 所示，當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇將沿著磁場(chǎng)方向所示，當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁疇將沿著磁場(chǎng)方向作取向排列，形成作取向排列，形成附加磁場(chǎng)附加磁場(chǎng)，使磁場(chǎng)顯著加強(qiáng)。，使磁場(chǎng)顯著加強(qiáng)。有些鐵磁性物質(zhì)在撤去磁場(chǎng)后，磁疇的一部分或大部分仍然保有些鐵磁性物質(zhì)在撤去磁場(chǎng)后，磁疇的一部分或大部分仍然保持取向一致，對(duì)外仍顯磁性，即成為永久磁鐵。持取向一致，對(duì)外仍顯磁性，即成為

3、永久磁鐵。 圖圖 5-7鐵磁性物質(zhì)的磁化鐵磁性物質(zhì)的磁化 不同的鐵磁性物質(zhì)，磁化后的磁性不同。不同的鐵磁性物質(zhì)，磁化后的磁性不同。鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)被磁化的性被磁化的性能，被廣泛地應(yīng)用于電子和能，被廣泛地應(yīng)用于電子和電氣設(shè)備中，如電氣設(shè)備中，如變壓器、繼變壓器、繼電器、電機(jī)等。電器、電機(jī)等。二、磁化曲線二、磁化曲線1磁化曲線的定義磁化曲線的定義磁化曲線是用來描述鐵磁性物質(zhì)的磁化特性的。鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線是用來描述鐵磁性物質(zhì)的磁化特性的。鐵磁性物質(zhì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 隨磁場(chǎng)強(qiáng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫變化的曲線，稱為磁化曲線，也叫 BH 曲線。曲線。5-4-1.

4、swf3分析分析( (1) ) 0 1 段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當(dāng)段：曲線上升緩慢，這是由于磁疇的慣性，當(dāng) H 從從零開始增加時(shí)，零開始增加時(shí)，B 增加緩慢，稱為增加緩慢，稱為起始磁化段起始磁化段。( (2) ) 1 2 段：隨著段：隨著 H 的增大，的增大，B 幾乎直線上升，這是由于磁幾乎直線上升，這是由于磁疇在外磁場(chǎng)作用下，大部分都趨向疇在外磁場(chǎng)作用下，大部分都趨向 H 方向，方向，B 增加很快，曲線很增加很快，曲線很陡，稱為陡，稱為直線段直線段。圖圖 5-8 磁化曲線的測(cè)定磁化曲線的測(cè)定( (3) ) 2 3 段：隨著段：隨著 H 的增加，的增加，B 的上升又緩慢了，這是由

5、于的上升又緩慢了，這是由于大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向大部分磁疇方向已轉(zhuǎn)向 H 方向，隨著方向，隨著 H 的增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù)的增加只有少數(shù)磁疇繼續(xù)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向，B 增加變慢。增加變慢。( (4) ) 3 點(diǎn)以后：到達(dá)點(diǎn)以后：到達(dá) 3 點(diǎn)以后，磁疇?zhēng)缀跞哭D(zhuǎn)到了外磁場(chǎng)方點(diǎn)以后，磁疇?zhēng)缀跞哭D(zhuǎn)到了外磁場(chǎng)方向，再增大向，再增大 H 值，值，B 也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為也幾乎不再增加，曲線變得平坦，稱為飽和飽和段段，此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度叫，此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度叫飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。圖圖 5-8 磁化曲線的測(cè)定磁化曲線的測(cè)定 圖圖 5-8 磁化曲線的測(cè)定磁化曲線的測(cè)定 不同的鐵磁性物質(zhì)，不同的鐵磁

6、性物質(zhì)，B 的飽和值不同，對(duì)同一種材料，的飽和值不同，對(duì)同一種材料，B的的飽和值是一定的。飽和值是一定的。電機(jī)和變壓器，通常工作在曲線的電機(jī)和變壓器，通常工作在曲線的 2 3 段，即接近飽和的段，即接近飽和的地方。地方。4磁化曲線的意義磁化曲線的意義在磁化曲線中，已知在磁化曲線中，已知 H 值就可查出對(duì)應(yīng)的值就可查出對(duì)應(yīng)的 B 值。因此，在計(jì)值。因此，在計(jì)算介質(zhì)中的磁場(chǎng)問題時(shí)，磁化曲線是一個(gè)很重要的依據(jù)。算介質(zhì)中的磁場(chǎng)問題時(shí)，磁化曲線是一個(gè)很重要的依據(jù)。圖圖 5-9 給出了幾種不同鐵給出了幾種不同鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線，從曲線磁性物質(zhì)的磁化曲線，從曲線上可看出，在相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度上可看出，在相同的

7、磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 下，硅鋼片的下，硅鋼片的 B 值最大，值最大，鑄鐵的鑄鐵的 B 值最小，說明硅鋼值最小，說明硅鋼片的導(dǎo)磁性能比鑄鐵要好得多。片的導(dǎo)磁性能比鑄鐵要好得多。圖圖 5-9幾種鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線幾種鐵磁性物質(zhì)的磁化曲線磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)由零逐漸增強(qiáng)的磁磁化曲線只反映了鐵磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)由零逐漸增強(qiáng)的磁化過程，而很多實(shí)際應(yīng)用中，鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場(chǎng)中化過程，而很多實(shí)際應(yīng)用中，鐵磁性物質(zhì)是工作在交變磁場(chǎng)中的。所以，必須研究鐵磁性物質(zhì)反復(fù)交變磁化的問題。的。所以，必須研究鐵磁性物質(zhì)反復(fù)交變磁化的問題。1磁滯回線的測(cè)定磁滯回線的測(cè)定 三、磁滯回線三、磁滯回線5-4-2.s

8、wf2分析分析圖圖 5-10 為通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線。為通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的某種鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線。( (1) )當(dāng)當(dāng) B 隨隨 H 沿起始磁化曲線達(dá)到飽和值以后，逐漸減小沿起始磁化曲線達(dá)到飽和值以后，逐漸減小H 的的數(shù)值，由圖可看出，數(shù)值，由圖可看出，B 并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在并不沿起始磁化曲線減小，而是沿另一條在它上面的曲線它上面的曲線 ab 下降。下降。( (2) ) 當(dāng)當(dāng) H 減小到零時(shí)，減小到零時(shí)，B 0，而是保留一定的值稱為，而是保留一定的值稱為剩磁剩磁，用用 Br 表示。表示。永久性磁鐵永久性磁鐵就是利就是利用剩磁很大的鐵磁性物質(zhì)制成的。用剩磁很大的

9、鐵磁性物質(zhì)制成的。圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 ( (3) )為消除剩磁，必須加反向磁場(chǎng)，隨著反向磁場(chǎng)的增強(qiáng)，鐵為消除剩磁，必須加反向磁場(chǎng)，隨著反向磁場(chǎng)的增強(qiáng)，鐵磁性物質(zhì)逐漸磁性物質(zhì)逐漸退磁退磁，當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，當(dāng)反向磁場(chǎng)增大到一定值時(shí)，B 值變?yōu)橹底優(yōu)?0 ，剩磁完全消失，如圖剩磁完全消失，如圖 bc 段。段。bc 段曲線叫段曲線叫退磁曲線退磁曲線，這時(shí)，這時(shí) H 值是為克服剩磁所加的磁場(chǎng)強(qiáng)值是為克服剩磁所加的磁場(chǎng)強(qiáng)度，稱為度，稱為矯頑磁力矯頑磁力，用，用 HC 表示。矯頑磁力的大小反映了鐵磁性物表示。矯頑磁力的大小反映了鐵磁性物質(zhì)保存剩磁的能力。質(zhì)保存剩磁的能力。( (4) )

10、當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增大時(shí)，當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增大時(shí)，B 值從值從 0 起改變方向，沿曲線起改變方向，沿曲線 cd 變化，并能達(dá)到反向飽和點(diǎn)變化，并能達(dá)到反向飽和點(diǎn) d。圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 3磁滯損耗磁滯損耗 鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時(shí)，磁疇要來回翻轉(zhuǎn)，在這個(gè)過程鐵磁性物質(zhì)在交變磁化時(shí)，磁疇要來回翻轉(zhuǎn)，在這個(gè)過程中，產(chǎn)生了能量損耗，稱為中，產(chǎn)生了能量損耗，稱為磁滯損耗磁滯損耗。磁滯回線包圍的面積越。磁滯回線包圍的面積越大，磁滯損耗就越大，所以剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)，大，磁滯損耗就越大，所以剩磁和矯頑磁力越大的鐵磁性物質(zhì)，磁滯損耗就越大。因此，磁滯回線的形狀常被用來判斷鐵磁性磁滯損耗就越大

11、。因此，磁滯回線的形狀常被用來判斷鐵磁性物質(zhì)的性質(zhì)和作為選擇材料的依據(jù)。物質(zhì)的性質(zhì)和作為選擇材料的依據(jù)。圖圖 5-10磁滯回線磁滯回線 圖圖 5-11基本磁化曲線基本磁化曲線第五節(jié)第五節(jié) 磁路的基本概念磁路的基本概念 一、磁路一、磁路二、磁路的歐姆定律二、磁路的歐姆定律一、磁路一、磁路1主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通如圖如圖 5-12 所示，當(dāng)線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、所示，當(dāng)線圈中通以電流后，大部分磁感線沿鐵心、銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為銜鐵和工作氣隙構(gòu)成回路，這部分磁通稱為主磁通主磁通；還有一部分磁；還有一部分磁通，沒有經(jīng)過氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱

12、為通，沒有經(jīng)過氣隙和銜鐵，而是經(jīng)空氣自成回路，這部分磁通稱為漏磁通漏磁通。圖圖 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 2磁路磁路磁通經(jīng)過的閉合路徑叫磁通經(jīng)過的閉合路徑叫磁路磁路。磁路和電路一樣，分為。磁路和電路一樣，分為有分支磁有分支磁路路和和無分支磁路無分支磁路兩種類型兩種類型。圖圖 5-12 給出了無分支磁路，圖給出了無分支磁路，圖 5-13 給出了有分支磁路。在無給出了有分支磁路。在無分支磁路中，通過每一個(gè)橫截面的磁通都相等。分支磁路中，通過每一個(gè)橫截面的磁通都相等。圖圖 5-13有分支磁路有分支磁路 圖圖 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 二、磁路的歐姆定律二、磁路的歐姆定律1磁動(dòng)

13、勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)通電線圈產(chǎn)生的磁通通電線圈產(chǎn)生的磁通 與線圈的匝數(shù)與線圈的匝數(shù) N 和線圈中所通過和線圈中所通過的電流的電流 I 的乘積成正比。的乘積成正比。把通過線圈的電流把通過線圈的電流 I 與線圈匝數(shù)與線圈匝數(shù) N 的乘積，稱為的乘積，稱為磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)，也叫也叫磁通勢(shì)磁通勢(shì)，即，即 Em = NI磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì) Em 的單位是安培的單位是安培( (A) )。2磁阻磁阻磁阻就是磁通通過磁路時(shí)所受到的阻礙作用，用磁阻就是磁通通過磁路時(shí)所受到的阻礙作用，用 Rm 表示。表示。磁路中磁阻的大小與磁路的長度磁路中磁阻的大小與磁路的長度 l 成正比，與磁路的橫截面積成正比，與磁路的橫截面積 S 成反比，并與組

14、成磁路的材料性質(zhì)有關(guān)。因此有成反比，并與組成磁路的材料性質(zhì)有關(guān)。因此有SlR m式中，式中， 為磁導(dǎo)率，單位為磁導(dǎo)率，單位 H/m；長度；長度 l 和截面積和截面積 S 的單位的單位分別為分別為 m 和和 m2 。因此，磁阻。因此，磁阻 Rm 的單位為的單位為 1/亨亨( (H 1) )。由于磁。由于磁導(dǎo)率導(dǎo)率 不是常數(shù)，所以不是常數(shù)，所以 Rm 也不是常數(shù)。也不是常數(shù)。3磁路歐姆定律磁路歐姆定律( (1) ) 磁路歐姆定律磁路歐姆定律通過磁路的磁通與磁動(dòng)勢(shì)成正比，與磁阻成反比，即通過磁路的磁通與磁動(dòng)勢(shì)成正比，與磁阻成反比，即mmRE 上式與電路的歐姆定律相似，磁通上式與電路的歐姆定律相似，磁

15、通 對(duì)應(yīng)于電流對(duì)應(yīng)于電流 I ，磁動(dòng)勢(shì)，磁動(dòng)勢(shì) Em 對(duì)應(yīng)于電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)勢(shì) E ，磁阻，磁阻 Rm 對(duì)應(yīng)于電阻對(duì)應(yīng)于電阻 R 。因此，這一關(guān)系稱為。因此，這一關(guān)系稱為磁路歐姆定律磁路歐姆定律。( (2) ) 磁路與電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系磁路與電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系磁路中的某些物理量與電路中的某些物理量有對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)磁路中的某些物理量與電路中的某些物理量有對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)磁路中某些物理量之間與電路中某些物理量之間也有相似的關(guān)系。磁路中某些物理量之間與電路中某些物理量之間也有相似的關(guān)系。圖圖 5-14 是相對(duì)應(yīng)的兩種電路和磁路。是相對(duì)應(yīng)的兩種電路和磁路。 圖圖 5-14對(duì)應(yīng)的電路和磁路對(duì)應(yīng)的電路和磁路 表表

16、5-2 列出了電路與磁路對(duì)應(yīng)的物理量及其關(guān)系式。列出了電路與磁路對(duì)應(yīng)的物理量及其關(guān)系式。 表表 5-2磁路和電路中對(duì)應(yīng)的物理量及其關(guān)系式磁路和電路中對(duì)應(yīng)的物理量及其關(guān)系式 slR slR m電路電路磁路磁路電流電流I磁通磁通 電阻電阻磁阻磁阻電阻率電阻率 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)EI N電路歐姆定律電路歐姆定律I=E/R磁路歐姆定律磁路歐姆定律 = E/R本章小結(jié)本章小結(jié)一、磁場(chǎng)一、磁場(chǎng)二、電流的磁效應(yīng)二、電流的磁效應(yīng)三、描述磁場(chǎng)的物理量三、描述磁場(chǎng)的物理量四、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力四、磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力五、鐵磁性物質(zhì)的磁化五、鐵磁性物質(zhì)的磁化六、磁路六、磁路一、磁場(chǎng)一、磁場(chǎng)1磁場(chǎng)

17、是磁體周圍存在的一種特殊物質(zhì)，磁體通過磁場(chǎng)發(fā)生磁場(chǎng)是磁體周圍存在的一種特殊物質(zhì)，磁體通過磁場(chǎng)發(fā)生相互作用。相互作用。2磁場(chǎng)的大小和方向可用磁感線來形象的描述：磁感線的疏磁場(chǎng)的大小和方向可用磁感線來形象的描述：磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感線的切線方向表示磁場(chǎng)的方向。密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感線的切線方向表示磁場(chǎng)的方向。二、電流的磁效應(yīng)二、電流的磁效應(yīng)1通電導(dǎo)線周圍存在著磁場(chǎng)，說明電可以產(chǎn)生磁，由電產(chǎn)生通電導(dǎo)線周圍存在著磁場(chǎng)，說明電可以產(chǎn)生磁，由電產(chǎn)生磁的現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。電流具有磁效應(yīng)說明磁現(xiàn)象具有電本磁的現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。電流具有磁效應(yīng)說明磁現(xiàn)象具有電本質(zhì)。質(zhì)。2電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與電

18、流的方向有關(guān)，可用安培定則，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與電流的方向有關(guān)，可用安培定則，即右手螺旋定則來判斷。即右手螺旋定則來判斷。三、描述磁場(chǎng)的物理量三、描述磁場(chǎng)的物理量 1磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 BB 是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向的物理量，它描述了磁場(chǎng)的力效是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向的物理量，它描述了磁場(chǎng)的力效應(yīng)。當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)，通過觀察導(dǎo)線受力可知導(dǎo)線所在應(yīng)。當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場(chǎng)垂直時(shí)，通過觀察導(dǎo)線受力可知導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度處的磁感應(yīng)強(qiáng)度IlFB 2磁通磁通勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿過與磁感線垂直的某一截面的磁感線的條數(shù)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿過與磁感線垂直的某一截面的磁感線的條數(shù)，叫穿過這個(gè)面的磁通，叫穿過這個(gè)面的磁通， = BS。三、描述磁場(chǎng)的物理量三、描述磁場(chǎng)的物理量 1磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)