磁介質(zhì)介質(zhì)中安培環(huán)路定理鐵磁質(zhì)

會(huì)計(jì)學(xué)1磁介質(zhì)介質(zhì)中安培環(huán)路定理鐵磁質(zhì)了解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋.了解磁場強(qiáng)度的概念以及在各向同性介質(zhì)中H和B的關(guān)系,了解磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理.

了解鐵磁質(zhì)的特性.本章教學(xué)基本要求第1頁/共29頁一磁介質(zhì)及分類介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度§11-1磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度1.

磁介質(zhì)——任何實(shí)物都是磁介質(zhì)

反映磁介質(zhì)被磁化后對原磁場的影響程度——相對磁導(dǎo)率

第2頁/共29頁2.

磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場增強(qiáng)原場如金、銀、銅、鋅、水銀、鉛、氫、硫等如錳、鉻、鉑、氧、氮等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導(dǎo)率都非常接近于1。鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)具有顯著的增強(qiáng)原磁場的性質(zhì)——強(qiáng)磁性物質(zhì)如鐵、鈷、鎳等第3頁/共29頁磁介質(zhì)的分類

銅鋁

鐵順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)mr1且~~1~~1且mrmr11磁介質(zhì)的分類及舉例1+101-10-5~~~~~~103-5第4頁/共29頁分子電流和分子固有磁矩二磁化機(jī)理分子固有磁矩：軌道運(yùn)動(dòng)軌道磁矩自旋運(yùn)動(dòng)自旋磁矩原子核電子核磁矩

分子中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量總和第5頁/共29頁反向時(shí)

抗磁質(zhì)的分子固有磁矩為零

抗磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)的磁化同向時(shí)分子的附加磁矩與外磁場方向相反第6頁/共29頁無外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場順磁質(zhì)分子固有磁矩不為零

順磁質(zhì)內(nèi)磁場第7頁/共29頁三磁化強(qiáng)度磁化電流*分子磁矩的矢量和體積元單位（安/米）

意義磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩.順磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)內(nèi)磁場對真空=0,如果介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)相同,稱均勻磁化第8頁/共29頁附：磁化電流(magnetizationcurrent)

介質(zhì)磁化的宏觀效果是在介質(zhì)橫截面邊緣出現(xiàn)環(huán)形電流，這種電流稱為“磁化電流Is”（磁化面電流）。I0IS磁化電流與傳導(dǎo)電流的區(qū)別：

磁化電流是分子內(nèi)電荷運(yùn)動(dòng)一段段接合而成，不同于傳導(dǎo)電流的電荷定向運(yùn)動(dòng)，又稱束縛電流，其磁效應(yīng)與傳導(dǎo)電流相當(dāng)，但不產(chǎn)生熱效應(yīng)。磁化面電流的線密度：介質(zhì)中的總磁矩：

磁化強(qiáng)度在數(shù)值上等于磁化面電流的線密度，兩者關(guān)系由右螺旋法則確定。上式適用于均勻磁介質(zhì)被均勻磁化的情況?？梢酝浦捍呕瘡?qiáng)度沿閉合路徑的環(huán)流等于環(huán)路內(nèi)總的束縛電流.此式對一般的磁介質(zhì)同樣成立。第9頁/共29頁磁介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中磁場：

無論是否有磁介質(zhì)存在，磁高斯定理都是普遍成立的。

由磁化電流產(chǎn)生的微觀機(jī)理可知：磁化電流與傳導(dǎo)電流在產(chǎn)生磁場方面等效。一磁介質(zhì)中的高斯定理§11-2磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理第10頁/共29頁二磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理I0IS如圖取L回路單位：A·m-1磁場強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

磁場強(qiáng)度沿任一閉合回路的環(huán)流，等于閉合回路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，與磁化電流以及回路外的傳導(dǎo)電流無關(guān)。第11頁/共29頁各向同性均勻磁介質(zhì)（磁化率）相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率

各向同性均勻磁介質(zhì)

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理順磁質(zhì)（非常數(shù)）抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)第12頁/共29頁

各向同性均勻磁介質(zhì)L包含電流(傳導(dǎo),束縛)僅包含傳導(dǎo)電流用表示安培環(huán)路定理用表示安培環(huán)路定理完全等價(jià)第13頁/共29頁用磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律解題1.分析磁場的對稱性。2.選取積分回路3.計(jì)算

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理l僅包含傳導(dǎo)電流4.利用第14頁/共29頁I

例有兩個(gè)半徑分別為和的“無限長”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流時(shí)，試求（1）磁介質(zhì)中任意點(diǎn)P

的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小;（2）圓柱體外面一點(diǎn)

Q

的磁感強(qiáng)度.解對稱性分析I第15頁/共29頁同理可求II第16頁/共29頁

無限長直載流導(dǎo)線通有電流I1

，在同一平面內(nèi)有長為L的載流直導(dǎo)線，通有電流I2求：長為L的導(dǎo)線所受的安培力aI1dxxxO課堂練習(xí)I2第17頁/共29頁aI1xOI2解：在L上任取受力方向如圖，恒不變。如圖建立坐標(biāo)系根據(jù)安培力公式：第18頁/共29頁§11-3鐵磁質(zhì)一鐵磁質(zhì)的特點(diǎn)（4）存在居里點(diǎn)：（1）高磁導(dǎo)率：（2）非線性：（3）具有磁滯現(xiàn)象：鐵：T=1040K鎳：T=631K臨界溫度時(shí)，失去鐵磁性成為順磁質(zhì)。B的變化落后于H的變化。B和H呈非線性關(guān)系，r很大但不是常量。磁化后能產(chǎn)生很強(qiáng)的附加磁場。第19頁/共29頁二鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律磁滯回線實(shí)驗(yàn)：鐵磁質(zhì)為芯的螺線管，通以電流

I改變

I，測量H

值和B

值畫出B—H曲線由畫出曲線MNPOO安培環(huán)路定理第20頁/共29頁O磁滯回線OP：起始磁化曲線Bs：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Br：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（剩磁）HC：矯頑力磁滯效應(yīng)：鐵磁芯中感應(yīng)強(qiáng)度B變化落后于磁場強(qiáng)度H的變化。磁滯損耗：磁化過程中由于磁滯效應(yīng)造成的能量損耗。理論表明，緩慢磁化的情況下，沿磁滯回線經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)，磁滯損耗與磁滯回線面積成正比。第21頁/共29頁三鐵磁質(zhì)的種類BHO軟磁材料磁滯損耗小，容易磁化，容易退磁，適用于交變磁場。如制造電機(jī)，變壓器等的鐵芯。如純鐵、硅鋼片BHO硬磁材料矯頑力較大，磁滯損耗較大，不易磁化，不易退磁，適合于制造永磁體如鈷鋼、碳鋼、鐵氧體BHO矩磁材料

適合于制作記錄磁帶及計(jì)算機(jī)的記憶元件。

實(shí)驗(yàn)表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大，分為軟磁材料，硬磁材料，矩磁鐵氧體材料。第22頁/共29頁四鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理磁疇B磁疇體積：10-12~10-8m3包含原子：1017~1021個(gè)在鐵磁質(zhì)內(nèi)，相鄰電子間存在很強(qiáng)的“交換耦合作用”，使得無外磁場時(shí)電子自旋磁矩能在一個(gè)個(gè)微小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成的自發(fā)磁化小區(qū)域，稱為“磁疇”。

鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于電子的自旋磁矩。第23頁/共29頁自發(fā)磁化磁化過程：磁矩轉(zhuǎn)向磁飽和狀態(tài)磁滯現(xiàn)象：撤去外場，磁壁很難完全恢復(fù)原狀，保留部分磁性，這就是剩磁。居里點(diǎn)：當(dāng)溫度升高到居里點(diǎn)時(shí)，劇烈的熱運(yùn)動(dòng)使磁疇全部瓦解，鐵磁質(zhì)就成為一般順磁質(zhì)。疇壁移動(dòng)鐵的居里點(diǎn)：T=1040K

鎳的居里點(diǎn)：T=631K

第24頁/共29頁傳統(tǒng)磁性材料有機(jī)磁性材料

都是周期表中的過渡族金屬元素、稀土族元素及其化合物。具有密度大、難加工合成等缺點(diǎn),已無法滿足現(xiàn)代電子工業(yè)的許多特殊需要。

有機(jī)磁性材料具有諸如密度小、重量輕、不易氧化、易加工成型等許多無機(jī)物所無法取代的優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)種類的多樣性,可用化學(xué)方法合成,可得到磁性能與機(jī)械、光、電等方面結(jié)合的綜合性能,具有磁損耗小等特點(diǎn)。

在超高頻裝置、高密度存貯材料、吸波材料、微電子工業(yè)和宇航等需要輕質(zhì)磁性材料的領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。補(bǔ)充：有機(jī)磁性材料第25頁/共29頁一磁介質(zhì)及分類磁導(dǎo)率順磁質(zhì)（非常數(shù)）抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)二