有磁介質(zhì)時(shí)的磁場(chǎng)課件

磁矩受到磁力矩第五章有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)磁介質(zhì)(有分子原子結(jié)構(gòu)的實(shí)物)概述電子繞軌有磁矩電子自旋有磁矩核子運(yùn)動(dòng)有磁矩磁矩?zé)o序變有序有序→產(chǎn)生附加場(chǎng)介質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)重分布:磁介質(zhì)磁化的微觀解釋導(dǎo)出介質(zhì)中安培環(huán)路定理和高斯定理磁矩受到磁力矩第五章有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)磁介質(zhì)概述電子繞1§5.1磁介質(zhì)(magneticmedium)一.磁介質(zhì)內(nèi)分子的磁矩介質(zhì)分子原子…核:核磁矩電子:軌道磁矩自旋磁矩介質(zhì)分子的磁矩

等效為分子電流

.(molecularcurrent).磁矩

.原子核磁矩?cái)?shù)值約為電子磁矩的千分之一，在研究介質(zhì)磁性時(shí)，可以不予考慮。

§5.1磁介質(zhì)(magneticmedium)一.磁介2二.磁介質(zhì)的磁化(magnetization)(一)順磁質(zhì)分子固有磁矩?zé)o外磁場(chǎng)時(shí)分子熱運(yùn)動(dòng)磁矩亂取向?qū)ν鉄o(wú)磁性不完全順磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)加強(qiáng),順磁質(zhì)被磁鐵所吸引有外磁場(chǎng)時(shí)磁化電流及其磁場(chǎng)鋁,錳,氧等二.磁介質(zhì)的磁化(magnetization)(一)順磁質(zhì)3(二)抗磁質(zhì)單電子的進(jìn)動(dòng)抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)減弱,抗磁質(zhì)被磁鐵所排斥分子感應(yīng)磁矩銅,銀,氫等(二)抗磁質(zhì)單電子的進(jìn)動(dòng)抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)減弱,抗磁質(zhì)被磁4(三)磁化強(qiáng)度矢量(magnetizationintensityvector)每個(gè)分子的磁矩↑對(duì)所有分子,磁矩排列的有序度↑磁介質(zhì)被磁化的程度↑1.定義:單位:2.磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系與閉合回路L所套連的磁化電流為磁介質(zhì)內(nèi)部磁化體電流的面密度為宏觀小微觀大的體積元設(shè)由于磁化而與套連的分子電流為,則磁介質(zhì)表面磁化面電流的線密度為對(duì)各向同性均勻線性磁介質(zhì):(三)磁化強(qiáng)度矢量(magnetizationintens5引入一個(gè)輔助矢量!!

如何求磁介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)的總磁場(chǎng)

?比如：如何用環(huán)路定理求磁介質(zhì)內(nèi)的磁場(chǎng)

?思考：引入一個(gè)輔助矢量!!如何求磁介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)的總磁場(chǎng)6

(二)對(duì)各向同性均勻線性磁介質(zhì):磁介質(zhì)的磁性能方程二.有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)定理(一)的環(huán)路定理:(二)磁場(chǎng)的Gauss定理:§5.2有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)一.磁場(chǎng)強(qiáng)度(mageneticintensity)(一)定義:(二)對(duì)各向同性均勻線性磁介質(zhì):磁介質(zhì)的磁性能方程二.有磁7三.磁場(chǎng)的邊界條件①磁場(chǎng)高斯定律②環(huán)路定理③介質(zhì)磁性能方程

切向分量不連續(xù)連續(xù)連續(xù)不連續(xù)法向分量1.邊界兩側(cè)

線條數(shù)相等;2.在界面上

線發(fā)生折射;線條數(shù)相等?線在界面上的折射()本次作業(yè)：5.6,5.7,三.磁場(chǎng)的邊界條件①磁場(chǎng)高斯定律②環(huán)路定理③介質(zhì)磁性能方程8§5.3鐵磁質(zhì)①④起始磁化曲線二.鐵磁質(zhì)的磁化特性(一)B-H非線性:線性→非線性→飽和μr非常數(shù):(~)1→↑↑>>1,最大值↓→~1(二)②利用兩介質(zhì)交界面上的法向分量連續(xù)條件，B可由霍爾探頭測(cè)得;

一.鐵磁質(zhì)研究的裝置及方法：③§5.3鐵磁質(zhì)①④起始磁化曲線二.鐵磁質(zhì)的磁化特性(一)9“去磁”的方法磁滯回線(三)的值還與磁化歷史有關(guān)BH不是單值關(guān)系矯頑力剩磁反復(fù)磁化→發(fā)熱→能量損耗(磁滯損耗或“鐵損”)—磁滯現(xiàn)象●,隨H變化且與磁化歷史有關(guān)(四)鐵磁質(zhì)不同于一般順磁值主要在于：●存在剩磁現(xiàn)象

●存在“居里點(diǎn)”溫度Tc:T↑→M↓;

T>Tc→失去鐵磁性;

(鐵:Tc=767oC;鎳:Tc=357oC)●可用幅值遞減的高頻磁場(chǎng)去磁

“去磁”的方法磁滯回線(三)的值還與磁10三.鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制

為什么鐵磁質(zhì)有這么大的磁性?(一)磁疇(magneticdomain)理論:鐵磁質(zhì)特殊的微觀結(jié)構(gòu)原子間“電子自旋相互作用”磁疇形成許多自發(fā)均勻磁化的小區(qū)域線度:

原子數(shù):1012~1015用量子力學(xué)理論解釋(二)用磁疇理論解釋鐵磁質(zhì)的磁化一定區(qū)域電子的磁矩自發(fā)地取向一致②起始磁化:線性→非線性→飽和用晶粒結(jié)構(gòu)、磁疇體積和磁化方向解釋①未磁化前③剩磁和矯頑力⑤消磁方法:震動(dòng),加熱,交流電④磁滯損耗三.鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制為什么鐵磁質(zhì)有這么大的磁性?(一)磁疇11四.鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用(一)軟磁材料(二)硬磁材料(三)矩磁材料特征:磁滯回線“瘦”；用途:交變電磁場(chǎng)中純鐵,硅鋼,坡莫合金(鐵78%+鎳22%)等特征:磁滯回線“胖”；用途:制造永磁體鐵、鈷、鎳的合金等特征:磁滯回線“矩形狀”；用途:制造存儲(chǔ)元件硬磁材料中的特例.四.鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用(一)軟磁材料(二)硬磁材料(三)矩12[例1]一均勻密繞細(xì)螺繞環(huán),n=103匝/米,I=2安,充滿

=510-4特·米/安的磁介質(zhì).求:磁介質(zhì)內(nèi)的【解】①沿切向;此磁介質(zhì)是鐵磁質(zhì);取環(huán)路L如圖,在L上各點(diǎn):②大小相等.鐵磁質(zhì)作鐵心可以大大加強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)路定理

應(yīng)用[例1]一均勻密繞細(xì)螺繞環(huán),n=103匝/米,【解】13包圍芯導(dǎo)體介質(zhì)面上的總磁化電流

[例2]同軸電纜的芯是半徑為R的導(dǎo)體圓柱，有電流強(qiáng)度I均勻流過(guò)芯截面，并沿導(dǎo)電外壁流回。設(shè)芯和外壁間是磁導(dǎo)率為μ的均勻磁介質(zhì)，求（1）磁介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度矢量；（2）緊貼芯導(dǎo)體的磁介質(zhì)中的磁化電流。【解】（1）應(yīng)用的環(huán)路定理

（2）緊靠芯導(dǎo)體表面的磁化強(qiáng)度矢量

包圍芯導(dǎo)體介質(zhì)面上的總磁化電流14[例3]簡(jiǎn)單磁路(magneticcircuit)令:磁通勢(shì)磁阻“磁導(dǎo)率”一詞的由來(lái)磁力線沿鐵走,也可以解釋為:

鐵的磁阻率<<空氣磁阻率[例3]簡(jiǎn)單磁路(magneticcircuit)令:磁通15電介質(zhì)(絕緣體)磁介質(zhì)(有分子原子結(jié)構(gòu)的實(shí)物)抗磁質(zhì)順磁質(zhì).鐵磁質(zhì).*超導(dǎo)體.磁介質(zhì)與電介質(zhì)的規(guī)律、公式對(duì)照表有極分子電介質(zhì)無(wú)極分子電介質(zhì)極化磁化本次作業(yè)：5.11,5.12電介質(zhì)磁介質(zhì)抗磁質(zhì)順磁質(zhì)16第五章結(jié)束第五章結(jié)束17磁矩受到磁力矩第五章有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)磁介質(zhì)(有分子原子結(jié)構(gòu)的實(shí)物)概述電子繞軌有磁矩電子自旋有磁矩核子運(yùn)動(dòng)有磁矩磁矩?zé)o序變有序有序→產(chǎn)生附加場(chǎng)介質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)重分布:磁介質(zhì)磁化的微觀解釋導(dǎo)出介質(zhì)中安培環(huán)路定理和高斯定理磁矩受到磁力矩第五章有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)磁介質(zhì)概述電子繞18§5.1磁介質(zhì)(magneticmedium)一.磁介質(zhì)內(nèi)分子的磁矩介質(zhì)分子原子…核:核磁矩電子:軌道磁矩自旋磁矩介質(zhì)分子的磁矩

等效為分子電流

.(molecularcurrent).磁矩

.原子核磁矩?cái)?shù)值約為電子磁矩的千分之一，在研究介質(zhì)磁性時(shí)，可以不予考慮。

§5.1磁介質(zhì)(magneticmedium)一.磁介19二.磁介質(zhì)的磁化(magnetization)(一)順磁質(zhì)分子固有磁矩?zé)o外磁場(chǎng)時(shí)分子熱運(yùn)動(dòng)磁矩亂取向?qū)ν鉄o(wú)磁性不完全順磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)加強(qiáng),順磁質(zhì)被磁鐵所吸引有外磁場(chǎng)時(shí)磁化電流及其磁場(chǎng)鋁,錳,氧等二.磁介質(zhì)的磁化(magnetization)(一)順磁質(zhì)20(二)抗磁質(zhì)單電子的進(jìn)動(dòng)抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)減弱,抗磁質(zhì)被磁鐵所排斥分子感應(yīng)磁矩銅,銀,氫等(二)抗磁質(zhì)單電子的進(jìn)動(dòng)抗磁質(zhì)內(nèi)磁場(chǎng)減弱,抗磁質(zhì)被磁21(三)磁化強(qiáng)度矢量(magnetizationintensityvector)每個(gè)分子的磁矩↑對(duì)所有分子,磁矩排列的有序度↑磁介質(zhì)被磁化的程度↑1.定義:單位:2.磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系與閉合回路L所套連的磁化電流為磁介質(zhì)內(nèi)部磁化體電流的面密度為宏觀小微觀大的體積元設(shè)由于磁化而與套連的分子電流為,則磁介質(zhì)表面磁化面電流的線密度為對(duì)各向同性均勻線性磁介質(zhì):(三)磁化強(qiáng)度矢量(magnetizationintens22引入一個(gè)輔助矢量!!

如何求磁介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)的總磁場(chǎng)

?比如：如何用環(huán)路定理求磁介質(zhì)內(nèi)的磁場(chǎng)

?思考：引入一個(gè)輔助矢量!!如何求磁介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)的總磁場(chǎng)23

(二)對(duì)各向同性均勻線性磁介質(zhì):磁介質(zhì)的磁性能方程二.有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)定理(一)的環(huán)路定理:(二)磁場(chǎng)的Gauss定理:§5.2有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁場(chǎng)一.磁場(chǎng)強(qiáng)度(mageneticintensity)(一)定義:(二)對(duì)各向同性均勻線性磁介質(zhì):磁介質(zhì)的磁性能方程二.有磁24三.磁場(chǎng)的邊界條件①磁場(chǎng)高斯定律②環(huán)路定理③介質(zhì)磁性能方程

切向分量不連續(xù)連續(xù)連續(xù)不連續(xù)法向分量1.邊界兩側(cè)

線條數(shù)相等;2.在界面上

線發(fā)生折射;線條數(shù)相等?線在界面上的折射()本次作業(yè)：5.6,5.7,三.磁場(chǎng)的邊界條件①磁場(chǎng)高斯定律②環(huán)路定理③介質(zhì)磁性能方程25§5.3鐵磁質(zhì)①④起始磁化曲線二.鐵磁質(zhì)的磁化特性(一)B-H非線性:線性→非線性→飽和μr非常數(shù):(~)1→↑↑>>1,最大值↓→~1(二)②利用兩介質(zhì)交界面上的法向分量連續(xù)條件，B可由霍爾探頭測(cè)得;

一.鐵磁質(zhì)研究的裝置及方法：③§5.3鐵磁質(zhì)①④起始磁化曲線二.鐵磁質(zhì)的磁化特性(一)26“去磁”的方法磁滯回線(三)的值還與磁化歷史有關(guān)BH不是單值關(guān)系矯頑力剩磁反復(fù)磁化→發(fā)熱→能量損耗(磁滯損耗或“鐵損”)—磁滯現(xiàn)象●,隨H變化且與磁化歷史有關(guān)(四)鐵磁質(zhì)不同于一般順磁值主要在于：●存在剩磁現(xiàn)象

●存在“居里點(diǎn)”溫度Tc:T↑→M↓;

T>Tc→失去鐵磁性;

(鐵:Tc=767oC;鎳:Tc=357oC)●可用幅值遞減的高頻磁場(chǎng)去磁

“去磁”的方法磁滯回線(三)的值還與磁27三.鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制

為什么鐵磁質(zhì)有這么大的磁性?(一)磁疇(magneticdomain)理論:鐵磁質(zhì)特殊的微觀結(jié)構(gòu)原子間“電子自旋相互作用”磁疇形成許多自發(fā)均勻磁化的小區(qū)域線度:

原子數(shù):1012~1015用量子力學(xué)理論解釋(二)用磁疇理論解釋鐵磁質(zhì)的磁化一定區(qū)域電子的磁矩自發(fā)地取向一致②起始磁化:線性→非線性→飽和用晶粒結(jié)構(gòu)、磁疇體積和磁化方向解釋①未磁化前③剩磁和矯頑力⑤消磁方法:震動(dòng),加熱,交流電④磁滯損耗三.鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)制為什么鐵磁質(zhì)有這么大的磁性?(一)磁疇28四.鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用(一)軟磁材料(二)硬磁材料(三)矩磁材料特征:磁滯回線“瘦”；用途:交變電磁場(chǎng)中純鐵,硅鋼,坡莫合金(鐵78%+鎳22%)等特征:磁滯回線“胖”；用途:制造永磁體鐵、鈷、鎳的合金等特征:磁滯回線“矩形狀”；用途:制造存儲(chǔ)元件硬磁材料中的特例.四.鐵磁質(zhì)的分類及其應(yīng)用(一)軟磁材料(二)硬磁材料(三)矩29[例1]一均勻密繞細(xì)螺繞環(huán),n=103匝/米,I=2安,充滿

=510-4特·米/安的磁介質(zhì).求:磁介質(zhì)內(nèi)的【解】①沿切向;此磁介質(zhì)是鐵磁質(zhì);取環(huán)路L如圖,在