大學(xué)物理下冊課件

1、 r 稱磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率稱磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)。只與磁介質(zhì)的種類有關(guān)。=1抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)汞、銅汞、銅1順磁質(zhì)順磁質(zhì) 氧、鋁氧、鋁1鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵鐵B0IBI實(shí)驗發(fā)現(xiàn)實(shí)驗發(fā)現(xiàn)rBB 01 10-5103一、一、介質(zhì)對磁場的影響介質(zhì)對磁場的影響第十一章第十一章II 磁介質(zhì)中的磁場磁介質(zhì)中的磁場二二. .磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)制磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)制1.1.分子電流和分子磁矩分子電流和分子磁矩分子或原子中各個電子對外界產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和可分子或原子中各個電子對外界產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和可用一個等效的圓電流表示，稱為分子電流。用一個等效的圓電流表示，稱為分子電流。相應(yīng)的磁矩稱為分子磁矩，用相應(yīng)的磁

2、矩稱為分子磁矩，用 表示表示P2.2.電子的進(jìn)動與附加磁矩電子的進(jìn)動與附加磁矩 在外磁場的作用下，與電子運(yùn)動相應(yīng)的磁矩將受在外磁場的作用下，與電子運(yùn)動相應(yīng)的磁矩將受到磁力矩的作用，于是到磁力矩的作用，于是 （或電子磁矩）將以外磁（或電子磁矩）將以外磁場方向為軸線作轉(zhuǎn)動，我們稱為電子的進(jìn)動。場方向為軸線作轉(zhuǎn)動，我們稱為電子的進(jìn)動。L可以證明，電子角動量進(jìn)動的轉(zhuǎn)向總是和外磁場的方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)可以證明，電子角動量進(jìn)動的轉(zhuǎn)向總是和外磁場的方向構(gòu)成右手螺旋關(guān)系系電子進(jìn)動也相當(dāng)于圓電流，因為電子帶負(fù)電，電子進(jìn)動也相當(dāng)于圓電流，因為電子帶負(fù)電，其相應(yīng)的磁矩方向永遠(yuǎn)與其相應(yīng)的磁矩方向永遠(yuǎn)與外磁場的方向相反

3、外磁場的方向相反。原子或分子中各個電子因進(jìn)動而產(chǎn)生的等效電流的磁矩的總和稱為附原子或分子中各個電子因進(jìn)動而產(chǎn)生的等效電流的磁矩的總和稱為附加磁矩加磁矩P抗磁質(zhì)中，每個分子磁矩均為零，僅在外磁場作用抗磁質(zhì)中，每個分子磁矩均為零，僅在外磁場作用下才有附加磁矩，下才有附加磁矩，3.3.抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)的磁化( (類似于無極分子類似于無極分子) )0BB 順磁質(zhì)中，每個分子的磁矩不為零，且比附加磁矩順磁質(zhì)中，每個分子的磁矩不為零，且比附加磁矩大很多。在外磁場中，所有分子磁矩沿外磁場方向大很多。在外磁場中，所有分子磁矩沿外磁場方向排列，排列，0BB ( (類似于有極分子類似于有極分子)

4、 )磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 磁化電流磁化電流一一. .磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度M單位：單位：A/順磁質(zhì)中，順磁質(zhì)中， 與與 方向相同方向相同M0B抗磁質(zhì)中，抗磁質(zhì)中， 與與 方向相反方向相反M0B若介質(zhì)中各點(diǎn)若介質(zhì)中各點(diǎn) 相同稱磁介質(zhì)被相同稱磁介質(zhì)被均勻磁化均勻磁化MVppMmm 今以今以“無限長無限長”載流直螺線管內(nèi)充滿均勻載流直螺線管內(nèi)充滿均勻(順順)磁介質(zhì)為例磁介質(zhì)為例二二.磁化電流：磁化電流：被均勻磁化的介質(zhì)內(nèi)任一截面，未被抵消的分子被均勻磁化的介質(zhì)內(nèi)任一截面，未被抵消的分子電流沿著柱面流動電流沿著柱面流動安培表面電流安培表面電流（或叫（或叫磁化磁化面電流面電流）。）。設(shè)設(shè)為圓柱形磁介質(zhì)表面上為圓柱

5、形磁介質(zhì)表面上“單位長度的磁化單位長度的磁化面電流面電流”，在長度為在長度為l的一段磁介質(zhì)上，其表面電流為的一段磁介質(zhì)上，其表面電流為Il在這段磁介質(zhì)總體積中的磁矩為在這段磁介質(zhì)總體積中的磁矩為SlSIPSSSSSlSlVPM一般情況一般情況:StM 為介質(zhì)表面法線方向的單位矢量。為介質(zhì)表面法線方向的單位矢量。n矢量式矢量式:MS今計算今計算 對閉合回路的線積分對閉合回路的線積分M（任何情況下都普遍適用的關(guān)系式）（任何情況下都普遍適用的關(guān)系式）ssM dljlIBAM dlM dlM ABMl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)度一一. 有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理

6、引入磁場強(qiáng)度引入磁場強(qiáng)度1 A/41010 3O( (普遍式普遍式) )單位單位 : : A / ； 奧斯特（奧斯特（O）1.1.有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理對于對于 矢量也可引入矢量也可引入 線描述磁場的分布線描述磁場的分布00()()sLLB dlIIIM dl0()LBMdlI0BHMHH有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)時的安培環(huán)路定理該式表明：該式表明： 的環(huán)流只和的環(huán)流只和傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流有關(guān)有關(guān),在磁場分布具有某在磁場分布具有某種對稱的情況下，可以方便地處理有磁介質(zhì)時的磁場問題。種對稱的情況下，可以方便地處理有磁介質(zhì)時的磁場問題。2.2.磁化率和磁導(dǎo)率磁化率和磁

7、導(dǎo)率對對各向同性各向同性的磁介質(zhì)：的磁介質(zhì)：磁化率，只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)磁化率，只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)0,0mm抗磁質(zhì)：順磁質(zhì)：LH dlIHmMHm真空中真空中令相對磁導(dǎo)率令相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率：1, 1rr抗磁質(zhì)：順磁質(zhì)：000(1)mmBHHH1rm 1r0rBHH 0r 二二 安培環(huán)路定理的應(yīng)用安培環(huán)路定理的應(yīng)用I解解: 本題具有本題具有軸對稱性軸對稱性, 如圖選取環(huán)路如圖選取環(huán)路.例例 電纜的芯是一根半徑為電纜的芯是一根半徑為 R 的金屬導(dǎo)體的金屬導(dǎo)體,它和導(dǎo)電外壁它和導(dǎo)電外壁 之間充滿之間充滿相對磁導(dǎo)率為相對磁導(dǎo)率為 的均勻介質(zhì)的均勻介質(zhì).電流均勻地流電流均勻地流 過芯的橫截面并

8、沿外過芯的橫截面并沿外壁流回壁流回. 求介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。求介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。rIrHldHL2rIH2rIHBr20鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) 一一、基本特點(diǎn)、基本特點(diǎn)1 1、10rBB 2 2、Br 有關(guān)；有關(guān)；3 3、磁滯效應(yīng)；、磁滯效應(yīng)；4 4、超過居里溫度變?yōu)轫槾刨|(zhì)；、超過居里溫度變?yōu)轫槾刨|(zhì)；5 5、有飽和狀態(tài)、有飽和狀態(tài) 。rNIH 2 IH1 1、磁化曲線、磁化曲線二、磁化曲線與磁滯回線二、磁化曲線與磁滯回線由實(shí)驗測量由實(shí)驗測量B 和和 I ，得，得 B H 曲線。曲線。鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)順、抗磁質(zhì)順、抗磁質(zhì)2 2、磁滯回線和材料的磁性、磁滯回線和材料的磁性磁滯回線所圍的面積與磁化能量成

9、正比。磁滯回線所圍的面積與磁化能量成正比。軟磁材料軟磁材料如：鐵為如：鐵為 1040K，鈷為，鈷為 1390K， 鎳為鎳為 630K每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時，由高磁導(dǎo)率、磁每種磁介質(zhì)當(dāng)溫度升高到一定程度時，由高磁導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，而變?yōu)轫槾艤?、磁致伸縮等一系列特殊狀態(tài)全部消失，而變?yōu)轫槾判?。性。這溫度叫這溫度叫臨界溫度臨界溫度，或稱鐵磁質(zhì)的，或稱鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)居里點(diǎn)。不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度不同鐵磁質(zhì)具有不同的轉(zhuǎn)變溫度 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

10、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，損耗?。ɑ鼐€的面積窄而長，損耗?。℉dB面積小）。面積小）。cHcH還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。HB* 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* 作存儲元件的作存儲元件的矩磁材料矩磁材料Br=BS ，Hc不大，磁滯回線是矩形。用于不大，磁滯回線是矩形。用于記憶元件記憶元件，當(dāng)，當(dāng)+脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生HH

11、C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H102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滯回線磁滯回線的面積大，損耗大。的面積大，損耗大。還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。還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。錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體CH CHHBCHCH HB(3) (3) 磁疇磁疇單晶磁疇結(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)的交換耦合作用，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，形成一個這個相互作用促使相鄰原子中電子的自