大學(xué)物理A第三篇第十五章課件

第15

章物質(zhì)的磁性§15.1物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響§15.2

原子的磁矩§15.3

物質(zhì)的磁化§15.4H矢量及其環(huán)路定理§15.5鐵磁質(zhì)§15.6

簡(jiǎn)單磁路§15.1

物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響磁介質(zhì)：凡處于磁場(chǎng)中能與磁場(chǎng)發(fā)生相互作用的物質(zhì)。圖15.1一.物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響實(shí)驗(yàn)二.磁介質(zhì)的分類錳、鉻、鉑、氮水銀、銅、硫、氫、金、銀鐵、鎳、鈷、鐵氧體順磁質(zhì)

抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)§15.1

物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響§15.2

原子的磁矩一.磁偶極矩mrIenr圖15.2圓電流的磁矩二.分子的磁矩一個(gè)分子的磁矩是其中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和。但由于核磁矩都小于電子磁矩的千分之一，所以通常計(jì)算分子磁矩只計(jì)算它所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和。§15.2

原子的磁矩+-分子磁矩§15.2

原子的磁矩

電子的自旋磁矩：電子的軌道磁矩：——玻爾磁子分子磁矩：§15.2

原子的磁矩抗磁質(zhì)：順磁質(zhì)：——固有磁矩§15.3

物質(zhì)的磁化一.順磁質(zhì)的磁化規(guī)律)0(=Bv)0(01BvBv00二.抗磁質(zhì)的磁化規(guī)律Bv0)0(=B0)0(01Bvv§15.3

物質(zhì)的磁化順磁質(zhì)抗磁質(zhì)磁介質(zhì)磁化的宏觀效果三.磁介質(zhì)的磁化

在外磁場(chǎng)的作用下，磁介質(zhì)表面出現(xiàn)束縛(或磁化)電流的現(xiàn)象稱為磁介質(zhì)的磁化。順磁質(zhì)的束縛電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)要加強(qiáng)磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)；抗磁質(zhì)的束縛電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)要減弱磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)。束縛電流、自由電流束縛電流（磁化電流）：因磁化而產(chǎn)生的宏觀電流。自由電流：傳導(dǎo)電流§15.3

物質(zhì)的磁化例15.1一長(zhǎng)直螺線管，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為n,管內(nèi)充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為的均勻磁介質(zhì)。求當(dāng)導(dǎo)線圈內(nèi)通以電流I時(shí)，管內(nèi)磁介質(zhì)表面的面束縛電流密度。解：自由電流I產(chǎn)生的磁場(chǎng)大?。好媸`電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小：有磁介質(zhì)時(shí)，兩種電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的矢量和：§15.3

物質(zhì)的磁化【討論】：抗磁質(zhì)μr<1，則j?<0，說(shuō)明其面束縛電流方向和自由電流方向相反；順磁質(zhì)μr>1，則j?>0，說(shuō)明其面束縛電流方向和自由電流方向相同；對(duì)這兩種磁介質(zhì)，由于μr和1相差甚微，面束縛電流極小，螺線管中磁場(chǎng)基本上還是由自由電流產(chǎn)生的。鐵磁質(zhì)μr>>1，面束縛電流方向和自由電流方向也相同，而其面電流密度比自由電流密度(nI)大得多。這時(shí)管內(nèi)的磁場(chǎng)基本上是由鐵磁質(zhì)表面的面束縛電流產(chǎn)生的，這時(shí)的自由電流因此被叫做勵(lì)磁電流?！?5.3

物質(zhì)的磁化§15.4

H矢量及其環(huán)路定理真空中：介質(zhì)中：§15.4

H矢量及其環(huán)路定理一.磁場(chǎng)強(qiáng)度二.H的環(huán)路定理

在有磁介質(zhì)的磁場(chǎng)中，沿任意閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。例15.2一根長(zhǎng)直單芯電纜的芯是一根半徑為R的金屬導(dǎo)體，它和導(dǎo)電外壁之間充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為μr的均勻介質(zhì)。今有電流I均勻地流過(guò)芯的橫截面并沿外壁流回。求磁介質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。根據(jù)H的環(huán)路定理方向沿圓的切線方向§15.4

H矢量及其環(huán)路定理解：靜電場(chǎng)和穩(wěn)恒磁場(chǎng)比較靜電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)物理量高斯定理環(huán)路定理性質(zhì)方程§15.5

鐵磁質(zhì)一.鐵磁質(zhì)的基本特性

μr>>1

存在明顯的磁滯效應(yīng)二.鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律

鐵磁質(zhì)磁化特性曲線的測(cè)定裝置：環(huán)形螺繞環(huán)1、鐵磁質(zhì)磁化規(guī)律的測(cè)定§15.5

鐵磁質(zhì)原理:oHB,μr

鐵磁質(zhì)磁化特性曲線§15.5

鐵磁質(zhì)2、起始磁化曲線HBOABCO→A，B

隨H近似線性增大。A→B，B隨H快速增大。B→C，B隨H增大逐漸減緩，直至飽和。C，

H增加

，B達(dá)飽和狀態(tài)?！?5.5

鐵磁質(zhì)acfdbeBr-HcHBO-BrHc

磁滯回線3、磁滯回線O→a，起始磁化，達(dá)飽和。a→b，

H減小至零，B減小至Br，有剩磁。b→c，H:0~-Hc；B:Br~0。Hc稱為矯頑力。c→d，H反向增大。d→e，

H反向減小至零，B減小至-Br，達(dá)反向剩磁狀態(tài)。e→f，H:0~Hc；B:-Br~0。f→a，回到原來(lái)的飽和狀態(tài)?！?5.5

鐵磁質(zhì)特點(diǎn)：

非線性；

有剩磁；

為消剩磁須矯頑力；

磁化過(guò)程不可逆；§15.5

鐵磁質(zhì)概念：鐵磁質(zhì)內(nèi)的電子之間因自旋引起的相互作用非常強(qiáng)烈，在鐵磁質(zhì)內(nèi)部形成了一些微小區(qū)域，叫做磁疇。每一個(gè)磁疇中，各個(gè)電子的自旋磁矩排列得很整齊。磁疇的顯示：磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測(cè)磁疇§15.5

鐵磁質(zhì)B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱磁滯飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS：所有磁疇都與外場(chǎng)方向一致，相應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。剩磁Br：當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減小到零時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度并不等于零，而是仍有一定的數(shù)值Br

，Br叫做剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁。幾個(gè)重要參數(shù)§15.5

鐵磁質(zhì)矯頑力Hc：使鐵磁質(zhì)中的B完全消失的Hc值叫做矯頑力。磁滯損耗：鐵磁質(zhì)反復(fù)磁化會(huì)使磁介質(zhì)本身發(fā)熱，造成能量損耗。磁滯損耗的大小與磁滯回線所圍面積成正比。§15.5

鐵磁質(zhì)1、軟磁材料

特點(diǎn)：磁滯回線為細(xì)長(zhǎng)型，相對(duì)磁導(dǎo)率μr和飽和Bs一般都較大，但矯頑力Hc小，易磁化、易退磁。例子：如純鐵、硅鋼、坡莫合金（含鐵、鎳）等材料。用途：適用于交變磁場(chǎng)。例：作為變壓器、電磁鐵、繼電器等的鐵芯。BHo三.鐵磁質(zhì)的分類§15.5

鐵磁質(zhì)2、硬磁材料特點(diǎn)：磁滯回線為寬大型，剩磁Br和矯頑力Hc較大，不易退磁。例子：鎢鋼、碳鋼、鋁鎳鈷合金等。用途：作為永久磁鐵。BHo3、矩磁材料特點(diǎn)：磁滯回線接近矩形，Br≈Bs,矯頑力Hc較小，在外場(chǎng)作用下總是處于Br=Bs或Br=-Bs的狀態(tài)。用途：作為存儲(chǔ)器?！?5.6

簡(jiǎn)單磁路鐵芯外部相對(duì)很弱的磁場(chǎng)。由鐵芯（或一定的間隙）構(gòu)成的這種磁感線集中的通路。漏磁通磁路例15.3如圖所示一個(gè)鐵環(huán)，設(shè)環(huán)的長(zhǎng)度l=0.5m，截面積S=4×