大學(xué)物理多媒體課件07磁介質(zhì)

1、磁疇圖象第九章有磁介質(zhì)時的磁場19.1磁介質(zhì)對磁場的影響9.3 磁介質(zhì)的磁化 9.4 有磁介質(zhì)時磁場的規(guī)律9.5 鐵磁質(zhì) 9.6 簡單磁路 9.2 原子、分子的磁矩 本章目錄29.1 磁介質(zhì)對磁場的影響 磁介質(zhì)（magnetic medium）是能夠影響磁場分布的物質(zhì)。傳導(dǎo)電流 ， 介質(zhì)磁化 均勻各向同性介質(zhì)有： r 相對磁導(dǎo)率 （relative permeability）I0I0均勻各向同性磁介質(zhì)長直密繞螺線管總磁感強(qiáng)度充滿磁場所在空間時，3 弱磁質(zhì)， 順磁質(zhì)（paramagnetic substance）如：Mn ，Al，O2，N2 抗磁質(zhì)（diamagnetic substance）如

2、：Cu，Ag，Cl2，H2 鐵磁質(zhì)（ferromagnetic substance） 如：Fe，Co，Ni 磁介質(zhì)的分類：某些磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率見書 P 287 表9.14 9.2 原子、分子的磁矩 一 . 電子的磁矩ISm電子的軌道運(yùn)動電流軌道磁矩電子軌道運(yùn)動的角動量電子軌道磁矩與軌道角動量的關(guān)系：電子自旋磁矩和自旋角動量 S 的關(guān)系：5質(zhì)子軌道磁矩中子無軌道磁矩。質(zhì)子和中子都有自旋磁矩：g 稱為 g 因子，質(zhì)子g = 5.5857，中子g = 3.8261。整個原子核的自旋磁矩為核的自旋角動量，因子g由原子核決定。由上可知，核磁矩遠(yuǎn)小于電子磁矩。二 . 質(zhì)子和中子的磁矩三 . 原子核的磁矩

3、6四 . 分子磁矩和分子電流電子軌道磁矩電子自旋磁矩原子核的磁矩( molecular magnetic moment )(molecularcurrent)i分S分m分分子電流 i分分子磁矩 m分等效7在磁場作用下，9.3 磁介質(zhì)的磁化 磁化 （magnetization）：介質(zhì)出現(xiàn)磁性或磁性發(fā)生變化的現(xiàn)象。 一. 順磁質(zhì)的磁化 順磁質(zhì)分子有固有的分子磁矩（主要是電子 m分 10-23Am2。熱運(yùn)動使 完全顯現(xiàn)磁性。方向,0Br排列趨于使分0mBrr混亂，不顯磁性。軌道和自旋磁矩的貢獻(xiàn)），8二 . 抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的分子固有磁矩為 0。不顯磁性附加磁矩 顯示抗磁性為什么 反平行于 呢？9

4、以電子的軌道運(yùn)動為例，第 i 個電子受的磁力矩電子軌道角動量增量 電子旋進(jìn)，它引起的感應(yīng) 這種效應(yīng)在順磁質(zhì)中也有，不過與分子固有磁矩的轉(zhuǎn)向效應(yīng)相比弱得多。i-e磁矩反平行于101.磁化強(qiáng)度：對順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明： 2.磁化電流： 由于介質(zhì)磁化而出現(xiàn)的一些等效三 . 磁化強(qiáng)度與磁化電流 （magnetization and magnetization current）的附加電流分布。對鐵磁質(zhì)，實(shí)驗(yàn)表明：和呈非線性關(guān)系，而且是非單值對應(yīng)關(guān)系11 介質(zhì)內(nèi)：穿過L所圍曲面S 的磁化電流則套住 dl 的分子電流：L放大i分S磁介質(zhì)設(shè)分子濃度為 n，S分12 介質(zhì)表面：選磁化面電流密度139.4 有

5、磁介質(zhì)時磁場的規(guī)律 考慮到磁化電流，（1）式則需要修改。設(shè)：I0 傳導(dǎo)電流，I 磁化電流。磁介質(zhì)LI0I一. H 的環(huán)路定理真空中的規(guī)律14令 磁場強(qiáng)度（magnetic field intensity）得： 的環(huán)路定理H H 的單位： 真空：奧斯特 Oe（CGSM），（Oersted）A/m （ SI ）；15 各向同性磁介質(zhì)： 磁化率 （magnetic susceptibility） 磁導(dǎo)率（permeability）令則有真空： = 016二. 環(huán)路定理的應(yīng)用舉例例1介質(zhì)中閉合回路L所套聯(lián)的分子電流為：證：L可任取，且可無限縮小，故 I0 = 0 處，I = 0 。L磁介質(zhì)無傳導(dǎo)電流處

6、，也無磁化電流。證明在各向同性均勻磁介質(zhì)內(nèi)，17電流密度為 j（沿z），導(dǎo)體相對磁導(dǎo)率為r ，求：解：且有分析的對稱性，xjrhh yzxj yzdIdI例2如圖示，已知均勻載流無限大厚平板18板外：對圖示矩形回路 L，xjr y y -yLlh0 -hxjr y y -yLl0 板內(nèi)：有對圖示矩形回路 L，有19xjrhh yz求磁化面電流密度上表面：下表面：（同上表面）思考沿x向單位長度的磁化面電流為何不為0？20 三 . 磁場的界面關(guān)系 靜磁屏蔽由可得 B1n = B2n (1)設(shè)界面無傳導(dǎo)電流，由可得 H1t = H2t (2)即： (2)1212121221在1很大的介質(zhì)1中， 線幾

7、乎平行界面，這就是鐵磁質(zhì)中 線沿鐵芯延續(xù)的情形。若，則，當(dāng)時，12121 22190222B內(nèi)R2R1鐵管（板面） 靜磁屏蔽計算表明：屏蔽系數(shù)精密探頭、顯象管都需要磁屏蔽。若 r = 4000R2 = 10cm t = 1cm時， k = 0.5% t = 0.1cm時，k = 5% 則 23各電子的自旋磁矩靠交換偶合作用使方向一致，9.5 鐵磁質(zhì)（ferromagnetic substance）一. 磁疇（magnetic domain）從而形成自發(fā)的均勻磁化小區(qū)域 磁疇。鐵磁質(zhì)中起主要作用的是電子的自旋磁矩。未加磁場在磁場 B 中24各種材料磁疇線度相差較大：磁疇體積約為10-6(mm)3

8、，一個磁疇中約有10121015個原子。易磁化方向由晶體結(jié)構(gòu)決定。磁疇磁矩沿某個易磁化方向(direction of easy所有的磁疇為什么不形成一個磁化整體呢？NSNS靜磁能高交換能低NSSN靜磁能低交換能高 矛盾因素協(xié)調(diào)平衡，才使鐵磁體整體能量最低。magnetization)排列。從10-3m到10-6m，一般為10-410-5m，25二 . 鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律鐵磁質(zhì) 關(guān)系非線性，也不單值，形式上表示為也不唯一。1. 起始磁化曲線由此可得到B H曲線：試件磁通計nSI0I026i 起始磁導(dǎo)率m 最大磁導(dǎo)率 巴克豪森效應(yīng)（Barkhausen effect）BN跳躍躍變放大BHBSB HH

9、0Scba金相結(jié)構(gòu)分析，測晶粒度、且是無損探測、快捷簡便。雜質(zhì)分布、應(yīng)力分布，BS 飽和磁感強(qiáng)度（saturation magnetic induction）可用作27BN跳躍躍變放大BHBSB HH0ScbaHHHbSaH = 00（可逆）（不可逆）（不可逆）（飽和）演示巴克豪森效應(yīng)（KD046）28磁滯回線HHc-HcSBSBrB-BS-Br02.磁滯回線（hysteresis loop）B落后于H的變化，稱為磁滯現(xiàn)象。Br 剩余磁感強(qiáng)度 （remanent magnetic induction） Hc 矯頑力（coercive force）磁滯是由于晶體缺陷和內(nèi)應(yīng)力、“磁滯損耗” （hy

10、steresis loss） 正比于BH 回線所圍的面積。以及磁疇在外磁場減退時，沿易磁化方向排列而造成的。就近29三 . 硬磁和軟磁材料1. 硬磁材料 （hard magnetic material）特點(diǎn)：磁滯損耗大，適合制作永久磁鐵、碳鋼、鎢鋼HHcBBBr 也大，磁芯（記憶元件）等。Hc大（102A/m），一般Hc 為104-106A/m，一般為103-104 G。磁滯回線“胖”，30 “矩磁材料”BBrHcH-Hc-BrBr-Br“0”“1”可作記憶元件31 2. 軟磁材料（soft magnetic material ）Hc小（102A/m）， 磁滯回線“瘦”，磁滯損耗小，適于制作交流電磁鐵、變壓器鐵芯等。 演示 磁滯回線（KD044）純鐵、硅鋼 HBHcBr 坡莫合金(Fe78%、Ni 22%)用于電子設(shè)備HBBrHc特點(diǎn)：一般約Hc 為1A/m 。32四.居里點(diǎn)（Curie point）（自發(fā)磁化減弱）（磁疇瓦解，表現(xiàn)順磁性）Tc是失去鐵磁性的臨界溫度，稱“居里點(diǎn)”。Fe ：Tc = 767Ni ：Tc = 357 Co ：Tc = 1117 演示 居里點(diǎn)（KD045）33五 . 磁致伸縮 磁致伸縮。長度相對改變約10-5量級，溫下可達(dá)10 -1；某些材料在低磁致伸縮有一定固有頻率，化頻率和固有頻率一致時，發(fā)生共振，當(dāng)外