第15章 磁介質(zhì)的磁化

1、115.1 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化 磁化強(qiáng)度矢量磁化強(qiáng)度矢量15.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理15.3 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)15.4 磁路定理磁路定理第第15章章 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化作業(yè)：作業(yè)：練習(xí)冊(cè)練習(xí)冊(cè)選擇題：選擇題：1 5填空題：填空題：1 6計(jì)算題：計(jì)算題：1 421. 磁介質(zhì)磁介質(zhì)磁介質(zhì)磁介質(zhì): :實(shí)體物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)磁性實(shí)體物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)磁性, ,該物體稱磁介質(zhì)。該物體稱磁介質(zhì)。1 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化 磁化強(qiáng)度矢量磁化強(qiáng)度矢量電介質(zhì)極化：電介質(zhì)極化：EEE0磁介質(zhì)磁化：磁介質(zhì)磁化：BBB0總磁感強(qiáng)度總磁感強(qiáng)度外加磁感強(qiáng)度外加

2、磁感強(qiáng)度附加磁感強(qiáng)度附加磁感強(qiáng)度磁化磁化: :磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中呈現(xiàn)磁性磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中呈現(xiàn)磁性( (在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生附加在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生附加磁場(chǎng)磁場(chǎng)) )的現(xiàn)象稱為磁化。的現(xiàn)象稱為磁化。磁介質(zhì)的三種類型：磁介質(zhì)的三種類型：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。電學(xué)與磁學(xué)電學(xué)與磁學(xué)類比：類比：3實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無磁介質(zhì)的螺旋管：有、無磁介質(zhì)的螺旋管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值，可表征它們內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值，可表征它們?cè)诖艌?chǎng)中的性質(zhì)。在磁場(chǎng)中的性質(zhì)。相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率: :0BBr順磁質(zhì)：順磁質(zhì)：, 1r如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。0BII磁介質(zhì)磁介質(zhì)BII0BB, 1r

3、抗磁質(zhì)：抗磁質(zhì)：, 1r鐵磁質(zhì)：鐵磁質(zhì)：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，0BB 0BB超導(dǎo)體是理想的抗磁體。超導(dǎo)體是理想的抗磁體。B 與與B0 同方向，同方向，B 與與B0 反方向，反方向，B 與與B0 同方向，同方向，BBB042.2.分子電流模型和分子磁矩分子電流模型和分子磁矩 原子中電子參與兩種運(yùn)動(dòng)：自原子中電子參與兩種運(yùn)動(dòng)：自旋及繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有軌道旋及繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有軌道磁矩和自旋磁矩。磁矩和自旋磁矩。 用等效的分子電流的磁效應(yīng)來用等效的分子電流的磁效應(yīng)來表示各個(gè)電子對(duì)外界磁效應(yīng)的總合，表示各個(gè)電子對(duì)外界磁效應(yīng)的總合

4、，稱為分子固有磁矩。稱為分子固有磁矩。Imp抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)：順磁質(zhì)：順磁質(zhì)：0mPmP0mP未加外磁場(chǎng)時(shí)未加外磁場(chǎng)時(shí): : 在抗磁質(zhì)中，原子或分子中在抗磁質(zhì)中，原子或分子中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩矢量和為零。矢量和為零。類比：類比：電介質(zhì)電介質(zhì)的微觀圖象的微觀圖象有極分子、無極分子。有極分子、無極分子。在外電場(chǎng)作用下，分別有在外電場(chǎng)作用下，分別有取向取向極化極化、位移位移極化。極化。電偶極子模型：電偶極子模型：l qPeB5加外磁場(chǎng)時(shí)加外磁場(chǎng)時(shí): :BPMm順磁質(zhì)：順磁質(zhì)：0mP當(dāng)外磁場(chǎng)存在時(shí)，各分子當(dāng)外磁場(chǎng)存在時(shí)，各分子固有固有磁矩受磁場(chǎng)力矩的作用，磁矩受磁場(chǎng)力

5、矩的作用，或多或少地轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向或多或少地轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向 順磁質(zhì)順磁質(zhì)的磁化。的磁化。怎么解釋抗磁質(zhì)：怎么解釋抗磁質(zhì)：B B0，B 與與B0 反方向反方向 ! BBB06* *電子的進(jìn)動(dòng)：電子的進(jìn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)作用下，每個(gè)電子除了保持環(huán)繞原在外磁場(chǎng)作用下，每個(gè)電子除了保持環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩子核的運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以以外磁場(chǎng)方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)外磁場(chǎng)方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)。mp0BLpeL進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng) 可以證明：可以證明：不論電子原來的磁矩與磁場(chǎng)方向之間的夾角不論電子原來的磁矩與磁場(chǎng)方向之間的夾角是何值，這種是何值，這種進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)等效圓電流等效圓電流附加磁

6、矩附加磁矩 Pm的方向永遠(yuǎn)與的方向永遠(yuǎn)與B0 的方向相反。的方向相反。LLdLLdBPMLMtLddML、d方向一致!0BLpeLmp進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)BB7 抗磁材料在外磁場(chǎng)的作用下，磁體內(nèi)任意體積元中大量抗磁材料在外磁場(chǎng)的作用下，磁體內(nèi)任意體積元中大量分子或原子的分子或原子的附加磁矩的矢量和附加磁矩的矢量和 有一定的量值，結(jié)有一定的量值，結(jié)果在磁體內(nèi)激發(fā)一個(gè)和外磁場(chǎng)方向相反的附加磁場(chǎng)，這就是果在磁體內(nèi)激發(fā)一個(gè)和外磁場(chǎng)方向相反的附加磁場(chǎng)，這就是抗磁性的起源?？勾判缘钠鹪?。mp 在順磁體內(nèi)任意取一體積元在順磁體內(nèi)任意取一體積元 V，其中各，其中各分子固有磁矩分子固有磁矩的矢量和的矢量和 將有一定的量值，

7、因而在宏觀上呈現(xiàn)出一個(gè)將有一定的量值，因而在宏觀上呈現(xiàn)出一個(gè)與外磁場(chǎng)同向的附加磁場(chǎng)，這就是順磁性的起源。與外磁場(chǎng)同向的附加磁場(chǎng)，這就是順磁性的起源。mp3. 3. 抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的磁化4. 4. 順磁質(zhì)的磁化順磁質(zhì)的磁化抗抗磁質(zhì)：磁質(zhì)：00mmPP對(duì)順磁質(zhì)，對(duì)順磁質(zhì)， 可以忽略可以忽略mP82010年首個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)+搞笑諾貝爾獎(jiǎng)雙料得主誕生荷蘭科學(xué)家Andre Geim。十年前他因磁懸浮青蛙獲得搞笑諾貝爾獎(jiǎng)。十年后他因石墨烯（graphene）的結(jié)構(gòu)獲諾貝爾獎(jiǎng)。青蛙屬于抗磁質(zhì)。當(dāng)青蛙被放到磁場(chǎng)中，青蛙的每個(gè)原子都像一個(gè)青蛙屬于抗磁質(zhì)。當(dāng)青蛙被放到磁場(chǎng)中，青蛙的每個(gè)原子都像一個(gè)小磁針，外界磁場(chǎng)

8、對(duì)這些小磁針作用的結(jié)果產(chǎn)生了向上的力，如果小磁針，外界磁場(chǎng)對(duì)這些小磁針作用的結(jié)果產(chǎn)生了向上的力，如果磁場(chǎng)的強(qiáng)度適當(dāng)，這力與青蛙受的重力達(dá)到平衡，它們就能懸在空磁場(chǎng)的強(qiáng)度適當(dāng)，這力與青蛙受的重力達(dá)到平衡，它們就能懸在空中。中。 實(shí)際上動(dòng)物都屬于抗磁實(shí)際上動(dòng)物都屬于抗磁質(zhì)，只要用足夠強(qiáng)的磁質(zhì)，只要用足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，就有可能使人懸浮場(chǎng)，就有可能使人懸浮起來。起來。 9反映磁介質(zhì)磁化程度反映磁介質(zhì)磁化程度( (大小與方向大小與方向) )的物理量。的物理量。均勻磁化均勻磁化VppMmmM磁化強(qiáng)度：磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所有分子固有磁矩的矢量和單位體積內(nèi)所有分子固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁

9、矩的矢量和 ，稱為磁化強(qiáng)度。，稱為磁化強(qiáng)度。 mpmp磁化強(qiáng)度的單位：磁化強(qiáng)度的單位：mA/4. 4. 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度注意注意：對(duì)對(duì)順磁質(zhì)順磁質(zhì)， 可以忽略；可以忽略； 對(duì)對(duì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì) ，對(duì)于真空，對(duì)于真空， 。 mp0mp0M外磁場(chǎng)為零，磁化強(qiáng)度為零。外磁場(chǎng)為零，磁化強(qiáng)度為零。外磁場(chǎng)不為零外磁場(chǎng)不為零: :順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)同向、0BM反向、0BM105. 磁化電流磁化電流II0B 對(duì)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對(duì)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，在磁化圓柱的表消，而在介質(zhì)表面，各分子電流相互疊加，在磁化圓柱的表面

10、出現(xiàn)一層電流，好象一個(gè)載流螺線管，稱為面出現(xiàn)一層電流，好象一個(gè)載流螺線管，稱為磁化面電流磁化面電流。11ljImmSljSIPmmmVpMmmmjSlSljM設(shè)介質(zhì)表面沿軸線方向設(shè)介質(zhì)表面沿軸線方向單位長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度上的磁化電流為上的磁化電流為jm （磁化面（磁化面電流密度），則長(zhǎng)為電流密度），則長(zhǎng)為l 的一段介質(zhì)上的磁化電流強(qiáng)度的一段介質(zhì)上的磁化電流強(qiáng)度I Im為為 取一長(zhǎng)方形閉合回路取一長(zhǎng)方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，平行邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，平行與柱體軸線，長(zhǎng)度為與柱體軸線，長(zhǎng)度為l，而，而BC、AD兩邊則垂直于柱面。兩邊則垂直于柱面。BAlMlMddABM MlmjM mmIljl

11、Md 磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流。積內(nèi)的總磁化電流。IImAlABCDnPqSPSd對(duì)比12內(nèi)）（LLIlB000d無磁介質(zhì)時(shí)無磁介質(zhì)時(shí)有磁介質(zhì)時(shí)有磁介質(zhì)時(shí))(d0mLIIlBlMILmd)d(d0LLlMIlBIlMBLd)(0或2 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理定義磁場(chǎng)強(qiáng)度定義磁場(chǎng)強(qiáng)度MBH0 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：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分等于穿過該路徑的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)路徑的線積分等于穿過該路徑的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關(guān)

12、。和，而與磁化電流無關(guān)。IlHLdSqSD0d對(duì)比13MBH0MHB00 實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)于各向同性的介質(zhì)，在磁介質(zhì)中實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)于各向同性的介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任意一點(diǎn)磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。任意一點(diǎn)磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。 HMm 式中式中m只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為磁介質(zhì)的只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為磁介質(zhì)的磁化磁化率率，是一個(gè)純數(shù)。如果磁介質(zhì)是均勻的，它是一個(gè)常量；，是一個(gè)純數(shù)。如果磁介質(zhì)是均勻的，它是一個(gè)常量；如果磁介質(zhì)是不均勻的，它是空間位置的函數(shù)。如果磁介質(zhì)是不均勻的，它是空間位置的函數(shù)。順磁質(zhì)0m抗磁質(zhì)0mEPe0對(duì)比14MHB00HMmmr1令HBm)1 (0HHBr0 值得注意：

13、值得注意：H 的引入為研究介質(zhì)中的磁場(chǎng)提的引入為研究介質(zhì)中的磁場(chǎng)提供了方便，但它不是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的基本物理量，供了方便，但它不是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的基本物理量，B 才是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的基本物理量。才是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的基本物理量。磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 =0 rEEDr0對(duì)比15B0I0I例：長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)例：長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì) r，設(shè)電流設(shè)電流 I0 0，單位長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為上的匝數(shù)為 n 。求管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度求管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：因管外磁場(chǎng)為零，取如圖所示解：因管外磁場(chǎng)為零，取如圖所示安培回路安培回路LLIlHd0dnlIlHlHba0nIH 000nIHBrrcbadBladdcc

14、bbalHlHlHlHdddd16例例: :在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為的傳導(dǎo)電流為I ，單位長(zhǎng)度內(nèi)匝數(shù)單位長(zhǎng)度內(nèi)匝數(shù)n，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為 r r和和 ，求求環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。NIlHd解：解：在環(huán)內(nèi)任取一點(diǎn)，過該點(diǎn)作在環(huán)內(nèi)任取一點(diǎn)，過該點(diǎn)作一和環(huán)同心、半徑為一和環(huán)同心、半徑為 r 的圓形回的圓形回路。路。式中式中N為螺繞環(huán)上線圈的總匝數(shù)。由對(duì)稱性可知

15、，在所取圓形為螺繞環(huán)上線圈的總匝數(shù)。由對(duì)稱性可知，在所取圓形回路上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向都沿切線?；芈飞细鼽c(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向都沿切線。rNIrH2nIrNIH2當(dāng)環(huán)內(nèi)充滿均勻介質(zhì)時(shí)當(dāng)環(huán)內(nèi)充滿均勻介質(zhì)時(shí)HHBr0nIBr017例：如圖所示，一半徑為例：如圖所示，一半徑為R1的無限長(zhǎng)的無限長(zhǎng)圓柱體圓柱體（導(dǎo)體（導(dǎo)體 0）中）中均勻地通有電流均勻地通有電流I，在它外面有半徑為在它外面有半徑為R2的無限長(zhǎng)同軸圓柱面，的無限長(zhǎng)同軸圓柱面，兩者之間充滿著磁導(dǎo)率為兩者之間充滿著磁導(dǎo)率為 的均勻磁介質(zhì)，在圓柱面上通有相的均勻磁介質(zhì)，在圓柱面上通有相反方向的電流反方向的電流I。試求試求(1

16、)(1)圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)的磁場(chǎng)；圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)的磁場(chǎng)；(2)(2)圓柱體內(nèi)一點(diǎn)磁場(chǎng)；圓柱體內(nèi)一點(diǎn)磁場(chǎng)；(3)(3)圓柱面外一點(diǎn)的磁場(chǎng)。圓柱面外一點(diǎn)的磁場(chǎng)。解解: (1)(1)當(dāng)兩個(gè)無限長(zhǎng)的同軸圓柱體和圓柱面當(dāng)兩個(gè)無限長(zhǎng)的同軸圓柱體和圓柱面中有電流通過中有電流通過時(shí)，它們所激發(fā)的磁場(chǎng)是軸對(duì)時(shí)，它們所激發(fā)的磁場(chǎng)是軸對(duì)稱分布的，而磁介質(zhì)亦呈軸對(duì)稱分布，因而稱分布的，而磁介質(zhì)亦呈軸對(duì)稱分布，因而不會(huì)改變場(chǎng)的這種對(duì)稱分布。設(shè)圓柱體外圓不會(huì)改變場(chǎng)的這種對(duì)稱分布。設(shè)圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是柱面內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是r1，以，以r1為半徑為半徑作一圓，取此圓為積分回路，根據(jù)安培環(huán)路作一圓

17、，取此圓為積分回路，根據(jù)安培環(huán)路定理有定理有IrHlHlHr102dd12IIIR1R212 rIH12 rIHB)(21RrRr118IIIR1R2r1r2(2) 設(shè)在圓柱體內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是設(shè)在圓柱體內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是r2，則以，則以r2為半徑作一為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理有圓，根據(jù)安培環(huán)路定理有2222220121222ddRrIRrIrHlHlHr2221RIrH220012RIrHB)(1Rr (3) 在圓柱面外取一點(diǎn)，它到軸的垂直距在圓柱面外取一點(diǎn)，它到軸的垂直距離是離是r3，以，以r3為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理路定理,考慮到環(huán)路中所包圍的電

18、流的代數(shù)考慮到環(huán)路中所包圍的電流的代數(shù)和為零，所以得和為零，所以得r30dd320rlHlH0H0B)(2rR 19裝置：裝置：環(huán)形螺繞環(huán)環(huán)形螺繞環(huán); ; 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)Fe,Co,Ni及及稀釷族元素的化合物，能被強(qiáng)烈地磁化稀釷族元素的化合物，能被強(qiáng)烈地磁化RNIH2HrHB HrB,實(shí)驗(yàn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)量B,由由得出得出 rH曲線曲線鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的 r 不一定是個(gè)常數(shù)，不一定是個(gè)常數(shù)，它是它是 H 的函數(shù)的函數(shù)， r 非線性非線性；原理原理: :勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流 I; 用安培定理得用安培定理得HRII磁飽和磁飽和現(xiàn)象，到一定程度現(xiàn)象，到一定程度，I ，H ，而而B的增加極為緩慢的增加極為緩慢。3

19、鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)HBr01. 磁化曲線磁化曲線20BHaO 當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后， 要完全消除剩磁要完全消除剩磁Br，必須加，必須加反向磁場(chǎng)反向磁場(chǎng)H，當(dāng)，當(dāng)B=0時(shí)磁場(chǎng)的值時(shí)磁場(chǎng)的值Hc為鐵磁質(zhì)的為鐵磁質(zhì)的矯頑力矯頑力。當(dāng)反向磁場(chǎng)當(dāng)反向磁場(chǎng)H 繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。dfBrcbHc-BreHc-Bre2. 磁滯回線磁滯回線Brcb-Hc反向磁場(chǎng)反向磁場(chǎng)H 減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場(chǎng)，磁化曲線為一閉不斷地正向或反向緩慢改變磁場(chǎng)，磁化曲線為一閉合曲線合曲線磁滯回線磁滯

20、回線。緩慢地減小緩慢地減小H，鐵磁質(zhì)中的，鐵磁質(zhì)中的B并并不按原來的曲線減小，并且不按原來的曲線減小，并且H= 0時(shí)，時(shí)，B不等于不等于0，具有一定值，具有一定值，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為剩磁剩磁。21單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖 在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強(qiáng)的在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用，這個(gè)相互作用促使相鄰原子中電子的自旋交換耦合作用，這個(gè)相互作用促使相鄰原子中電子的自旋磁矩平行排列起來，形成一個(gè)自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微磁矩平行排列起來，形成一個(gè)自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域稱

21、為小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域稱為磁疇磁疇。3. 磁疇磁疇 在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁體體內(nèi)磁矩排列雜，磁體體內(nèi)磁矩排列雜亂，任意物理無限小體積內(nèi)的亂，任意物理無限小體積內(nèi)的平均磁矩為零平均磁矩為零。22H 在外磁場(chǎng)作用下，磁矩與外磁場(chǎng)同方向排列時(shí)的在外磁場(chǎng)作用下，磁矩與外磁場(chǎng)同方向排列時(shí)的磁能將低于磁矩與外磁反向排列時(shí)的磁能，結(jié)果是磁能將低于磁矩與外磁反向排列時(shí)的磁能，結(jié)果是自自發(fā)磁化磁矩和外磁場(chǎng)成小角度的磁疇處于有利地位發(fā)磁化磁矩和外磁場(chǎng)成小角度的磁疇處于有利地位，這些磁疇體積逐漸擴(kuò)大，而自發(fā)磁化磁矩與外磁場(chǎng)成這些磁疇體積逐漸擴(kuò)大，而自發(fā)磁化磁矩與外磁場(chǎng)成較大角度的磁疇體積

22、逐漸縮小。較大角度的磁疇體積逐漸縮小。隨著外磁場(chǎng)的不斷增隨著外磁場(chǎng)的不斷增強(qiáng)，強(qiáng)，取向與外磁場(chǎng)成較大角度的磁疇全部消失，留存取向與外磁場(chǎng)成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇將向外磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，以后再繼續(xù)增加磁場(chǎng)，的磁疇將向外磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，以后再繼續(xù)增加磁場(chǎng)，所有磁疇都沿外磁場(chǎng)方向整齊排列，這時(shí)磁化達(dá)到飽所有磁疇都沿外磁場(chǎng)方向整齊排列，這時(shí)磁化達(dá)到飽和。和。23臨界溫度臨界溫度Tc。在。在Tc以上，鐵磁性完全消失而以上，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)，成為順磁質(zhì)，Tc稱為居里溫度或居里點(diǎn)。不稱為居里溫度或居里點(diǎn)。不同的鐵磁質(zhì)有不同的居里溫度同的鐵磁質(zhì)有不同的居里溫度Tc。純鐵：。純鐵：770C，

23、純鎳：，純鎳：358C。居居 里里裝置如圖所示：將懸掛著的鎳片移近永裝置如圖所示：將懸掛著的鎳片移近永久磁鐵，即被吸住，說明鎳片在室溫下久磁鐵，即被吸住，說明鎳片在室溫下具有鐵磁性。用酒精燈加熱鎳片，當(dāng)鎳具有鐵磁性。用酒精燈加熱鎳片，當(dāng)鎳片的溫度升高到超過一定溫度時(shí)，鎳片片的溫度升高到超過一定溫度時(shí)，鎳片不再被吸引，在重力作用下擺回平衡位不再被吸引，在重力作用下擺回平衡位置，說明鎳片的鐵磁性消失，變?yōu)轫槾胖茫f明鎳片的鐵磁性消失，變?yōu)轫槾判?。移去酒精燈，稍待片刻，鎳片溫度性。移去酒精燈，稍待片刻，鎳片溫度下降到居里點(diǎn)以下恢復(fù)鐵磁性，又被磁下降到居里點(diǎn)以下恢復(fù)鐵磁性，又被磁鐵吸住。鐵吸住。 24

24、4. 鐵磁質(zhì)的應(yīng)用鐵磁質(zhì)的應(yīng)用作變壓器的作變壓器的軟磁材料軟磁材料。純鐵，硅鋼坡莫合金純鐵，硅鋼坡莫合金( (Fe，Ni) )，鐵氧體等。，鐵氧體等。 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力矯頑力( (Hc) )小，磁滯小，磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)，損耗小?；鼐€的面積窄而長(zhǎng)，損耗小。用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。cHcHBH作永久磁鐵的作永久磁鐵的硬磁材料硬磁材料鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金B(yǎng)HHc-Hc矯頑力矯頑力( (Hc) )

25、大（大（10102 2A/m) )，剩磁，剩磁Br大磁滯回線的面積大，損耗大。大磁滯回線的面積大，損耗大。用于磁電式電表中的永磁鐵。用于磁電式電表中的永磁鐵。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。25作存儲(chǔ)元件的作存儲(chǔ)元件的矩磁材料矩磁材料Br=BS，Hc不大，磁滯回線是矩形。不大，磁滯回線是矩形。用于記憶元件，當(dāng)用于記憶元件，當(dāng)+ +脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生H Hc使使磁芯呈磁芯呈+ +B態(tài)，則態(tài)，則脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生H Hc使使磁芯呈磁芯呈 B態(tài)，可做為二進(jìn)制的兩個(gè)態(tài)。態(tài)，可做為二進(jìn)制的兩個(gè)態(tài)。錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體BHHc-Hc 壓磁材料壓磁材料具有較強(qiáng)

26、的磁致伸縮具有較強(qiáng)的磁致伸縮效應(yīng)，常用于制造超聲波發(fā)生器。效應(yīng)，常用于制造超聲波發(fā)生器。 鐵磁體在交變磁化磁場(chǎng)的作鐵磁體在交變磁化磁場(chǎng)的作用下，它的形狀隨之改變，叫做用下，它的形狀隨之改變，叫做磁致伸縮效應(yīng)磁致伸縮效應(yīng)。BHO264 磁路定理磁路定理1. 磁路的一般概念磁路的一般概念磁感應(yīng)通量（磁通）通過的區(qū)域稱為磁感應(yīng)通量（磁通）通過的區(qū)域稱為磁路磁路。常用電工設(shè)備中的磁路圖常用電工設(shè)備中的磁路圖272. 磁路定理磁路定理I 設(shè)截面積為設(shè)截面積為S S、長(zhǎng)為、長(zhǎng)為l，磁導(dǎo)率為，磁導(dǎo)率為 的的鐵環(huán)上，繞以緊密的線圈鐵環(huán)上，繞以緊密的線圈N匝，線圈中通匝，線圈中通過的電流為過的電流為I。IlHd

27、NIHl HSBSSlNISlNISlRImmR磁路的歐姆定理磁路的歐姆定理 m=NI為磁路的為磁路的磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)，單位為單位為A。 SlRm為閉合磁路的為閉合磁路的磁阻磁阻，單位為單位為A/WB。 lNIH 28討論題討論題討論討論 高壓容器在工業(yè)和民用領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，如鍋爐、儲(chǔ)氣罐、高壓容器在工業(yè)和民用領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用，如鍋爐、儲(chǔ)氣罐、家用煤氣壇等。由于高壓容器長(zhǎng)期的使用、運(yùn)行家用煤氣壇等。由于高壓容器長(zhǎng)期的使用、運(yùn)行, ,局部區(qū)域受到腐蝕、磨局部區(qū)域受到腐蝕、磨損或機(jī)械損害損或機(jī)械損害, ,從而會(huì)形成潛在的威脅從而會(huì)形成潛在的威脅. . 因此世界各國(guó)對(duì)于高壓容器的運(yùn)因此

28、世界各國(guó)對(duì)于高壓容器的運(yùn)行都制定了嚴(yán)格的在役無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)行都制定了嚴(yán)格的在役無損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn), ,以確保高壓容器的安全運(yùn)行。以確保高壓容器的安全運(yùn)行。 目前無損檢測(cè)一般采用的方法有磁粉探傷、超聲波探傷和目前無損檢測(cè)一般采用的方法有磁粉探傷、超聲波探傷和X射線探傷等射線探傷等方法。磁粉探傷依據(jù)的是介質(zhì)表面磁場(chǎng)分布的不連續(xù)性方法。磁粉探傷依據(jù)的是介質(zhì)表面磁場(chǎng)分布的不連續(xù)性, ,可采用磁粉顯示可采用磁粉顯示; ;超聲波和超聲波和X射線探傷利用了波動(dòng)在介質(zhì)分界面反射的現(xiàn)象射線探傷利用了波動(dòng)在介質(zhì)分界面反射的現(xiàn)象. . 這些方法有的這些方法有的儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣, ,有的數(shù)據(jù)處理麻

29、煩、價(jià)格較高有的數(shù)據(jù)處理麻煩、價(jià)格較高, ,對(duì)于家用容器的對(duì)于家用容器的檢測(cè)就更為不方便檢測(cè)就更為不方便. .請(qǐng)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)請(qǐng)根據(jù)所學(xué)的知識(shí), ,探索一種利用鐵磁材料實(shí)現(xiàn)無損探傷的方法。探索一種利用鐵磁材料實(shí)現(xiàn)無損探傷的方法。29根據(jù)根據(jù)LC振蕩電路的磁回路特性振蕩電路的磁回路特性, ,一旦介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)裂紋一旦介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)裂紋, ,將會(huì)引起磁導(dǎo)率的突將會(huì)引起磁導(dǎo)率的突變變, ,從而使回路的電磁參數(shù)發(fā)生變化從而使回路的電磁參數(shù)發(fā)生變化。將這一結(jié)果用于鐵磁材料表面和內(nèi)部將這一結(jié)果用于鐵磁材料表面和內(nèi)部傷痕、裂紋的檢測(cè)中傷痕、裂紋的檢測(cè)中, ,其檢測(cè)方法原理簡(jiǎn)單其檢測(cè)方法原理簡(jiǎn)單, ,操作方便操作方便, ,檢測(cè)靈敏度高。檢測(cè)靈敏度高。LC磁回路測(cè)量原理：磁回路測(cè)量原理：磁回路的基本模型如圖所示。磁回路的基本模型如圖所示。A是帶線圈的磁芯，是帶線圈的磁芯，M是是待檢測(cè)的材料，如容器壁。磁