磁介質(zhì)中的磁場

1、磁介質(zhì)中的磁場第十二章第十二章第十二章第十二章居里居里. .P居里居里. .M 12-1 12-1 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 介質(zhì)的磁化介質(zhì)的磁化B0傳導(dǎo)電流在真空中的磁場傳導(dǎo)電流在真空中的磁場B介質(zhì)中的合磁場介質(zhì)中的合磁場順磁質(zhì)順磁質(zhì)B0B 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)B0B= B0BB+B介質(zhì)磁化所產(chǎn)生的附加磁場介質(zhì)磁化所產(chǎn)生的附加磁場錳、鉻、鉑、氮錳、鉻、鉑、氮水銀、銅、硫、氫、金、銀水銀、銅、硫、氫、金、銀鐵、鎳、鈷、鐵氧體鐵、鎳、鈷、鐵氧體一、磁介質(zhì)的分類一、磁介質(zhì)的分類一、磁介質(zhì)的分類一、磁介質(zhì)的分類NSBNS順磁質(zhì)磁化后順磁質(zhì)磁化后試件的極性試件的極性介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定B非均勻磁場非均勻磁

2、場 懸絲懸絲 懸絲懸絲 懸絲懸絲 懸絲懸絲 懸絲懸絲圓柱形試件圓柱形試件NSBNS順磁質(zhì)磁化后順磁質(zhì)磁化后試件的極性試件的極性介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定B順磁質(zhì)試件順磁質(zhì)試件向右擺動(dòng)向右擺動(dòng)抗磁質(zhì)磁化后抗磁質(zhì)磁化后試件的極性試件的極性介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定NSB抗磁質(zhì)試件抗磁質(zhì)試件向左擺動(dòng)向左擺動(dòng)BNSB介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定介質(zhì)磁性的實(shí)驗(yàn)測定NS抗磁質(zhì)試件抗磁質(zhì)試件向左擺動(dòng)向左擺動(dòng)抗磁質(zhì)磁化后抗磁質(zhì)磁化后試件的極性試件的極性BNS 順磁質(zhì)分子的固有磁矩順磁質(zhì)分子的固有磁矩 無外磁場作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，無外磁場作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向各不相同分子磁矩取向

3、各不相同,整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。epm 二、順磁質(zhì)及其磁化二、順磁質(zhì)及其磁化分分子子磁磁矩矩=pm0即：即：不為零，不為零，MpmB=+B0pm 有外磁場時(shí)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩有外磁場時(shí)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩的作用。的作用。MB0這一力矩使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向這一力矩使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向MpmB=+B0pm 有外磁場時(shí)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩有外磁場時(shí)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩的作用。的作用。MB0這一力矩使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向這一力矩使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向 順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。B0B0B 即：即：B 抗磁

4、質(zhì)分子的固有磁矩為零?？勾刨|(zhì)分子的固有磁矩為零。 三、抗磁質(zhì)的磁化三、抗磁質(zhì)的磁化 即分子中所有電子自旋磁矩和軌道磁即分子中所有電子自旋磁矩和軌道磁矩的矢量和為零。矩的矢量和為零。B0外磁場外磁場BpmM =+Pm電子軌電子軌道磁矩道磁矩FPd=td角角動(dòng)動(dòng)量量方方向向LL. 角動(dòng)量角動(dòng)量增量方向增量方向.MM 的方向的方向.M在圓周運(yùn)動(dòng)中在圓周運(yùn)動(dòng)中P的大小。的大小。改變改變P 的方向而不能的方向而不能只能改變只能改變所以所以F由于由于FP ，PFMLd=tdB0外磁場外磁場Pm電子軌電子軌道磁矩道磁矩角角動(dòng)動(dòng)量量方方向向LL. 角動(dòng)量角動(dòng)量增量方向增量方向.MM 的方向的方向.MPm附加磁

5、附加磁矩方向矩方向分子磁矩在磁場中分子磁矩在磁場中L的大小。的大小。改變改變L 的方向而不能的方向而不能只能改變只能改變所以所以M由于由于ML ， 電子軌道平面電子軌道平面在磁場中作進(jìn)動(dòng)。在磁場中作進(jìn)動(dòng)。電子軌道電子軌道平面進(jìn)動(dòng)平面進(jìn)動(dòng)方向方向由于附加磁矩由于附加磁矩方向和外磁場方向和外磁場相反，所以相反，所以B0外磁場外磁場Pm電子軌電子軌道磁矩道磁矩角角動(dòng)動(dòng)量量方方向向LL. 角動(dòng)量角動(dòng)量增量方向增量方向.MM 的方向的方向.MPm附加磁附加磁矩方向矩方向電子軌道電子軌道平面進(jìn)動(dòng)平面進(jìn)動(dòng)方向方向B0BLPmMPmB0外磁場外磁場B0外磁場外磁場PmLMPm電電子子軌軌道道運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)方方向向進(jìn)

6、動(dòng)進(jìn)動(dòng)方向方向進(jìn)動(dòng)進(jìn)動(dòng)方向方向附加磁附加磁矩方向矩方向附加磁附加磁矩方向矩方向 無論電子軌道運(yùn)動(dòng)方向如何，無論電子軌道運(yùn)動(dòng)方向如何，附加磁矩方向總是和外磁場方向相反。附加磁矩方向總是和外磁場方向相反。 無論電子軌道運(yùn)動(dòng)方向如何，無論電子軌道運(yùn)動(dòng)方向如何，附加磁矩方向總是和外磁場方向相反。附加磁矩方向總是和外磁場方向相反。一、磁化強(qiáng)度：一、磁化強(qiáng)度： 12-2 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 磁化電流磁化電流=pMmVpm+對于順磁質(zhì)對于順磁質(zhì)pmpm 0抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)m 0BoM=H+oHmo=H+oHm=+o1 ()r+1m=令：令：Bo=Hr=Hr相對磁導(dǎo)率相對磁導(dǎo)率順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)的磁化率順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)的

7、磁化率 材材 料料 溫度溫度/K c m/10-5 明明 礬（含鐵）礬（含鐵） 4 4830順順 明明 礬（含鐵）礬（含鐵） 90 213 明明 礬（含鐵）礬（含鐵） 293 66 磁磁 氧（液態(tài)）氧（液態(tài)） 293 152 氧氣氧氣 293 0.19質(zhì)質(zhì) 鈉鈉 293 0.72 鈾鈾 293 40 鋁鋁 293 2.2抗抗 鉍鉍 293 -16.6磁磁 水水 銀銀 293 -2.9質(zhì)質(zhì) 銀銀 293 -2.6 鉛鉛 293 -1.8 銅銅 293 -1.0=N IN匝數(shù)匝數(shù):() 例題例題1一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為率為，相對磁導(dǎo)率為相對磁導(dǎo)率為r的順磁質(zhì)。環(huán)的

8、橫的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。 求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度H=r2N I得：得：Hldl.=r2H=n IB=mHmrm0H=r.Hldl =r2H=2rIR2 例題例題2一無限長載流圓柱體，通有電一無限長載流圓柱體，通有電流流I ，設(shè)電流，設(shè)電流 I 均勻分布在整個(gè)橫截面上。均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為柱體的磁導(dǎo)率為，柱外為真空。求：柱，柱外為真空。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。B=R2Ir2H =R2Ir2得：得：= IIIH0RrRr 2.B =r2I0均勻磁化球的

9、均勻磁化球的B線和線和H線線B線線H線線12-5 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)12-5 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)B0B鐵、鎳、鈷、鐵氧體鐵、鎳、鈷、鐵氧體B=H 對于順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)，對于順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)，B與與H有線性關(guān)系，有線性關(guān)系， 對于鐵磁質(zhì)，對于鐵磁質(zhì)，B 與與H之間的關(guān)系比較復(fù)雜，之間的關(guān)系比較復(fù)雜， 為一常量。即：為一常量。即：磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率不是一個(gè)常量。不是一個(gè)常量。磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 由實(shí)驗(yàn)所測定的由實(shí)驗(yàn)所測定的 B 與與 H 之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線稱為稱為磁化特性曲線磁化特性曲線。一、鐵磁質(zhì)及其磁化一、鐵磁質(zhì)及其磁化eKIRG 沖擊沖擊電流計(jì)電流計(jì)探測探測線圈線圈 鐵環(huán)鐵環(huán)( (試件試件) )開

10、關(guān)開關(guān) 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度H 可以可以根據(jù)根據(jù) I 的測量由式的測量由式 來確定。來確定。H = n I 用沖擊電流計(jì)用沖擊電流計(jì)G ,可以測出感應(yīng)電量可以測出感應(yīng)電量q ,再由下式間接地測再由下式間接地測出出B。B =q RN SS環(huán)形鐵芯的環(huán)形鐵芯的橫截面積橫截面積測定磁化曲線的實(shí)驗(yàn)裝置測定磁化曲線的實(shí)驗(yàn)裝置測定磁化曲線的實(shí)驗(yàn)裝置測定磁化曲線的實(shí)驗(yàn)裝置OBHACDB.EF.HCBs.BrHs.初始磁初始磁化曲線化曲線Br剩剩 磁磁.HsBs. 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度矯頑力矯頑力HC磁滯回線磁滯回線居里點(diǎn)：居里點(diǎn)： 當(dāng)溫度達(dá)到一定時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槷?dāng)溫度達(dá)到一定時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)，稱

11、這一溫度為磁質(zhì)，稱這一溫度為“居里點(diǎn)居里點(diǎn)”居里居里.M 二、磁二、磁 疇疇 根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存在很強(qiáng)的電子之間存在很強(qiáng)的“交換耦合作用交換耦合作用”，使得在無外磁場作用時(shí)，電子自旋磁矩使得在無外磁場作用時(shí)，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。這些發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。這些區(qū)域稱為區(qū)域稱為“磁疇磁疇” 用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化用磁疇理論可以解釋鐵磁質(zhì)的磁化過程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。過程、磁滯現(xiàn)象、磁滯損耗以及居里點(diǎn)。 1892年羅辛格首先提出，磁

12、疇的形成年羅辛格首先提出，磁疇的形成是由于磁偶極子間非磁性的相互作用。是由于磁偶極子間非磁性的相互作用。 1926年海森堡用量子力學(xué)中的交換力解年海森堡用量子力學(xué)中的交換力解釋了磁偶極子間相互作用的起源。釋了磁偶極子間相互作用的起源。 1935年，朗道和栗佛希茲從磁場能量的年，朗道和栗佛希茲從磁場能量的觀點(diǎn)說明了磁疇的成因。觀點(diǎn)說明了磁疇的成因。顯示磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形純鐵純鐵硅鐵硅鐵鈷鈷三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇三種鐵磁性物質(zhì)的磁疇Si-Fe單晶單晶(001)面的面的磁疇結(jié)構(gòu)磁疇結(jié)構(gòu)箭頭表示箭頭表示磁化方向磁化方向0.1mm單晶磁疇結(jié)構(gòu)單晶磁疇結(jié)構(gòu) 示意圖示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)多晶磁疇結(jié)構(gòu) 示意圖示意圖

13、鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)

14、單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H鐵磁質(zhì)單晶體磁化過程H三、磁滯損耗三、磁滯損耗 在交變電磁場中，鐵磁質(zhì)的反復(fù)磁化，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，稱為將引起介質(zhì)的發(fā)熱，稱為磁滯損耗磁滯損耗。 實(shí)驗(yàn)和理論都可以證明，磁滯損耗和磁實(shí)驗(yàn)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。質(zhì)

15、回線所包圍的面積成正比。BH3. 有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。 1. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率不是一個(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的電流，還決定于鐵磁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。質(zhì)樣品磁化的歷史。B 和和H 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。 2. 有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時(shí)可以使磁場增強(qiáng)以使磁場增強(qiáng)102 104倍。倍。 4.溫度超過居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槣囟瘸^居里點(diǎn)時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。磁質(zhì)。四、磁性材料：四、磁性材料：軟磁材料軟磁材料BH 應(yīng)用應(yīng)用：硅鋼片，作變壓器、電機(jī)、電磁：硅鋼片，作變壓器、電機(jī)、電磁鐵的鐵芯。鐵氧鐵的鐵芯。鐵氧體（非金屬）作體（非金屬）作高頻線圈的磁芯高頻線圈的磁芯材料。材料。 特點(diǎn)特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，容易磁化：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