第九章磁介質(zhì)

第9章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)本章研究把磁介質(zhì)引進(jìn)磁場(chǎng)后磁場(chǎng)與磁介質(zhì)的相互作用及有磁介質(zhì)存在時(shí)磁場(chǎng)的計(jì)算問題。1第9章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)一、磁介質(zhì)磁化規(guī)律二、有磁介質(zhì)時(shí)磁場(chǎng)的計(jì)算三、鐵磁質(zhì)2電極化現(xiàn)象磁化現(xiàn)象原因原因一、磁介質(zhì)磁化規(guī)律磁介質(zhì)－與磁場(chǎng)有相互作用的物質(zhì)(所有物質(zhì))。磁介質(zhì)的磁化規(guī)律可與電介質(zhì)的極化規(guī)律對(duì)比：3---+++(與B0同向或反向)磁化電流I’極化電荷q’電極化磁化1.磁介質(zhì)的磁化磁化現(xiàn)象---外磁場(chǎng)

下,表面,磁化電流I’,磁性I’磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響－－4磁介質(zhì)分類：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)順磁質(zhì)，抗磁質(zhì)，鐵磁質(zhì)，B>B0(鋁、錳、鉑）B<B0（鉛、銅、鋅）B>>B0（純鐵、硅鋼）磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響來源于其內(nèi)部機(jī)制。磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響－－某些磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率見書P287表9.152.原子的磁距電子的磁矩ISm電子的軌道運(yùn)動(dòng)電流軌道磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量電子軌道磁矩與軌道角動(dòng)量的關(guān)系：電子自旋磁矩和自旋角動(dòng)量S的關(guān)系：62.磁化原因①

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

10-23A·m2。熱運(yùn)動(dòng)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)），7②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8①

磁化強(qiáng)度：對(duì)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3.磁化強(qiáng)度與磁化電流（magnetizationandmagnetizationcurrent）的附加電流分布。對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系單位：A/m9磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系等于沿軸線單位長(zhǎng)度上的磁化電流。即磁化電流密度等于磁化強(qiáng)度沿該表面處的分量。當(dāng)磁化強(qiáng)度與介質(zhì)表面不平行時(shí)LS10磁化強(qiáng)度的環(huán)流磁化強(qiáng)度M沿閉合回路的線積分等于該回路包圍的磁化電流代數(shù)和。11二、有磁介質(zhì)時(shí)磁場(chǎng)的計(jì)算真空中介質(zhì)中總磁場(chǎng)為磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位：安/米式中：為穿過回路的總電流定義1.H的環(huán)路定理12磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)回路l

的線積分等于穿過該回傳導(dǎo)電流的代數(shù)和(有介質(zhì)存在時(shí)的環(huán)路定理)。穿過回路傳導(dǎo)電流代數(shù)和對(duì)各向同性的順磁質(zhì)或抗磁質(zhì)，有磁化率2.B與H的關(guān)系13真空中，由得或若傳導(dǎo)電流保持不變，則真空中和介質(zhì)中的相等，故在介質(zhì)中有－－有介質(zhì)時(shí)的高斯定律3.有介質(zhì)時(shí)的高斯定律14有介質(zhì)存在時(shí)B的求法：1.根據(jù)傳導(dǎo)電流的分布，分析磁場(chǎng)的對(duì)稱性；2.選取合適的積分環(huán)路，使H從積分號(hào)提出來；3.計(jì)算傳導(dǎo)電流代數(shù)和，由H環(huán)路定理求出H；4.根據(jù)B與H的關(guān)系求B。15例1一鐵環(huán)中心線周長(zhǎng)=30cm,橫截面S=1.0cm2,環(huán)上密繞N=300匝的線圈,當(dāng)導(dǎo)線中電流I=32mA時(shí),通過環(huán)截面的磁通=210-6wb,試求鐵芯的磁化率Xm.

解做一個(gè)環(huán)路abcdaabcd分析：H→B→Φ→μ→16

例2

一細(xì)螺繞環(huán)，它由表面絕緣的導(dǎo)線在鐵環(huán)上密繞而成，每厘米繞10匝。I=2A時(shí)，測(cè)得環(huán)內(nèi)B為1.0T，則鐵環(huán)的相對(duì)磁導(dǎo)率r為(A)796(B)398(C)199(D)63.317例3

同軸電纜由一導(dǎo)體圓柱(半徑為a)和同軸導(dǎo)體園管(內(nèi)外半徑為b、c)構(gòu)成，二者之間充滿磁介質(zhì)，電流I從導(dǎo)體圓柱流去，從導(dǎo)體管流回，求磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。解電流軸向分布，磁力線為同心圓。選磁力線為積分環(huán)路對(duì)所有磁力線環(huán)路成立18閉合環(huán)路包圍的傳導(dǎo)電流192021(1)起始磁化曲線(2)曲線r

隨H變化三、鐵磁質(zhì)1.鐵磁質(zhì)的磁化特性

B=H,=0r恒量,可以很大

H時(shí),B,飽和Bs22(3)磁滯回線當(dāng)溫度高到某一特定溫度值時(shí),鐵磁材料的所有特性消失而成為順磁質(zhì),這一臨界溫度叫作居里點(diǎn)。鐵磁質(zhì)中B的變化總是落后于外加磁場(chǎng)H變化,即H=0時(shí),B0的剩磁現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。退掉剩磁需要矯頑力。磁滯回線說明鐵磁質(zhì)的B與H的關(guān)系是非線性的,與磁化歷史有關(guān).Br:剩磁Hc:矯頑力232.鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理——磁疇理論當(dāng)時(shí)，(1)磁疇在磁介質(zhì)內(nèi)形成的一個(gè)個(gè)微小的自發(fā)磁化區(qū)域。在每個(gè)小區(qū)域內(nèi),原子磁矩排列整齊,取向相同,因而具有很強(qiáng)磁性。(2)磁疇理論磁疇取向雜亂無(wú)章,不顯磁性.當(dāng)時(shí)，每個(gè)磁疇的磁矩都沿B0方向,宏觀上顯示很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。24各種材料磁疇線度相差較大：磁疇體積約為10-6(mm)3，一個(gè)磁疇中約有1012~1015個(gè)原子。磁疇磁矩沿某個(gè)易磁化方向(directionofeasy所有的磁疇為什么不形成一個(gè)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。從10-3m到10-6m，一般為10-4~10-5m，magnetization)排列。易磁化方向由晶體結(jié)構(gòu)決定。253.硬磁和軟磁材料①

硬磁材料（hardmagneticmaterial）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103-104G。磁滯回線“胖”，26“矩磁材料”BBrHcH-Hc-BrBr-Br“0”“1”可作記憶元件27

②

軟磁材料（softmagneticmaterial）Hc?。?lt;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。純鐵、硅鋼HBHcBr坡莫合金(Fe78%、Ni22%)用于電子設(shè)備HBBrHc特點(diǎn)：一般約Hc

為1A/m。283.居里點(diǎn)（Curiepoint）（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=767℃Ni：Tc=357℃

Co：Tc=1117℃294.磁致伸縮—磁致伸縮。長(zhǎng)度相對(duì)改變約10-5量級(jí)，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(shí)，發(fā)生共振，當(dāng)外磁場(chǎng)變可用于制作激振器、超聲波發(fā)生器等。30靜電場(chǎng)與穩(wěn)磁場(chǎng)比較靜電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)場(chǎng)源靜止電荷dq定常運(yùn)動(dòng)電荷穩(wěn)定電流Idl場(chǎng)力靜電力穩(wěn)流導(dǎo)線互作用運(yùn)動(dòng)電荷互作用電場(chǎng)強(qiáng)度E磁感應(yīng)強(qiáng)度B庫(kù)侖定律安培力定律典型場(chǎng)源電偶極子圓電流基本規(guī)律物理量小結(jié)31靜電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)通量高斯定律真空中：介質(zhì)中：真空中：同一介質(zhì)中：電力線:有源有尾磁感應(yīng)線:閉合線場(chǎng)本質(zhì)有源場(chǎng),無(wú)旋場(chǎng)有旋場(chǎng),無(wú)源場(chǎng)全部電荷代數(shù)和自由電荷代數(shù)和32靜電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)場(chǎng)環(huán)流介質(zhì)兩種極化機(jī)制，多種磁化機(jī)制，束縛電荷，分子電流,介質(zhì)中環(huán)流定理33電場(chǎng)與磁場(chǎng)是統(tǒng)一體電荷相對(duì)靜止電場(chǎng)電荷