08-磁介質(zhì)教學(xué)講解教學(xué)課件

08磁介質(zhì)21、靜念園林好，人間良可辭。22、步步尋往跡，有處特依依。23、望云慚高鳥(niǎo)，臨木愧游魚(yú)。24、結(jié)廬在人境，而無(wú)車馬喧；問(wèn)君何能爾？心遠(yuǎn)地自偏。25、人生歸有道，衣食固其端。08磁介質(zhì)08磁介質(zhì)21、靜念園林好，人間良可辭。22、步步尋往跡，有處特依依。23、望云慚高鳥(niǎo)，臨木愧游魚(yú)。24、結(jié)廬在人境，而無(wú)車馬喧；問(wèn)君何能爾？心遠(yuǎn)地自偏。25、人生歸有道，衣食固其端。第9章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)9.1磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響9.1磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響9.2原子的磁矩9.2原子的磁矩由于電子帶電，電子繞原子核作軌道運(yùn)動(dòng)，就相當(dāng)于一個(gè)閉合載流線圈一樣。一.電子的磁矩所以有ISmr電子軌道運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量二.原子核的磁矩同理，質(zhì)子也有軌道磁矩。中子不帶電，無(wú)軌道磁矩。但是質(zhì)子和中子都有自旋磁矩（略）?？傊?，原子核有個(gè)總磁矩。電子軌道磁矩電子還有自旋運(yùn)動(dòng)，自旋磁矩和自旋角動(dòng)量S的關(guān)系：它比電子軌道磁矩約小一千多倍。三.分子磁矩和分子電流一個(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原子核的磁矩的矢量和。i分1.順磁質(zhì)順磁質(zhì)的≠0，稱為分子固有磁矩。一般由于分子的熱運(yùn)動(dòng),完全是混亂的,不顯磁性。這就是順磁質(zhì)被“磁化”。外磁場(chǎng)越強(qiáng)，轉(zhuǎn)向排列越整齊。會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)向而排列，但是在外磁場(chǎng)中，SNiSN順磁質(zhì)內(nèi)部的各分子等效磁矩有一定程度的排列，分子等效電流i使順磁質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)加強(qiáng)；而且順磁質(zhì)會(huì)被磁鐵吸引。2.抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)的分子固有磁矩=0。但是在外磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁矩。以分子中某個(gè)電子的軌道運(yùn)動(dòng)為例,（注意：分子固有磁矩為零,分子中某個(gè)電子的軌道磁矩不見(jiàn)得為零）,該磁矩在外磁場(chǎng)中要受力矩，設(shè)該電子的軌道運(yùn)動(dòng)角動(dòng)量為，軌道磁矩為，有的方向即的方向（向里）。所以要進(jìn)動(dòng)。（俯視為逆時(shí)針?lè)较颍┸壍肋M(jìn)動(dòng)附加的角動(dòng)量是與的方向一致的,所以這一進(jìn)動(dòng)相應(yīng)的軌道磁矩（感應(yīng)磁矩）是與反向的。對(duì)電子的自旋運(yùn)動(dòng)和核的自旋運(yùn)動(dòng)，有類似的現(xiàn)象?？傊?，一個(gè)抗磁質(zhì)分子，在磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與外磁場(chǎng)反方向的感應(yīng)磁矩，這個(gè)感應(yīng)磁矩相應(yīng)的分子感應(yīng)電流的方向如圖所示，這就是它的磁化。因此，在抗磁質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)是被削弱的，而且抗磁質(zhì)會(huì)被磁鐵排斥。SNiSN雖然順磁質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁矩,但由于它遠(yuǎn)小于固有磁矩,所以，順磁質(zhì)主要是固有磁矩起作用。說(shuō)明：9.3磁介質(zhì)的磁化9.3磁介質(zhì)的磁化一.磁化電流順磁質(zhì)在磁場(chǎng)中，它的分子固有磁矩沿外磁場(chǎng)排列起來(lái)。在外磁場(chǎng)作用下磁介質(zhì)出現(xiàn)磁性或磁性發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為磁化。以順磁質(zhì)為例：順磁質(zhì)對(duì)均勻的磁介質(zhì)：內(nèi)部各點(diǎn)處的小分子電流相互抵消，表面上的小分子電流方向相同沒(méi)有抵消，相當(dāng)在表面上有一層表面電流流過(guò)。（磁化電流）（或束縛電流）,記作I’。對(duì)順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì),磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是加強(qiáng)磁介質(zhì)內(nèi)部原磁場(chǎng)的;磁化電流I’的大小反映了磁化的強(qiáng)弱。對(duì)抗磁質(zhì),磁化電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)是削弱磁介質(zhì)內(nèi)部原磁場(chǎng)的。二.磁化強(qiáng)度磁化的強(qiáng)弱還可以用磁化強(qiáng)度來(lái)描述。定義:磁化強(qiáng)度（V…宏觀小、微觀大。）單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和。對(duì)順磁質(zhì):平行于對(duì)抗磁質(zhì):反平行于實(shí)驗(yàn)表明:在各向同性的順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)內(nèi),有線性關(guān)系和呈非線性關(guān)系）（對(duì)鐵磁質(zhì)：（記）三.磁化電流與磁化強(qiáng)度的關(guān)系設(shè)其內(nèi)部某點(diǎn)處的如圖。、以順磁質(zhì)為例.在該點(diǎn)處，任取一微小矢量元，設(shè)它與的夾角為.等效分子圓電流為i、半徑為r、分子磁矩為。順磁質(zhì)設(shè)單位體積內(nèi)的分子數(shù)為n，所以,與dl

套住的總分子電流為則與

套住的分子電流的中心，都是位于以為軸、以

r2為底面積的小柱體內(nèi)。順磁質(zhì)這就是磁介質(zhì)上任一點(diǎn)處,(磁化電流與磁化強(qiáng)度)之間的基本關(guān)系。在磁介質(zhì)表面和磁介質(zhì)內(nèi)部磁化電流情況如何？1.磁介質(zhì)表面若在磁介質(zhì)的表面上，可以看出某些表面會(huì)有磁化面電流

。定義：在垂直磁化面電流方向的單位長(zhǎng)度上的磁化面電流,稱為磁化面電流密度它與磁化強(qiáng)度的關(guān)系為通常用表示二者的矢量關(guān)系。當(dāng)=900時(shí)，如圖所示在磁介質(zhì)的端面上,

無(wú)磁化面電流。當(dāng)=0時(shí)，如圖所示在磁介質(zhì)的側(cè)表面上，有磁化面電流。順磁質(zhì)若磁介質(zhì)均勻磁化，通過(guò)體內(nèi)任意面積的磁化電流為零，因?yàn)?.磁介質(zhì)內(nèi)部任取一面積S，其周界為L(zhǎng)，則通過(guò)S面的磁化電流是與周界套連的分子電流的總和。

9.4的環(huán)路定理9.4

H的環(huán)路定理當(dāng)有磁介質(zhì)存在的時(shí)候基本規(guī)律:

高斯定律

安培環(huán)路定理一.的環(huán)路定理定義:磁場(chǎng)強(qiáng)度求有沿任一閉合路徑的磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流，等于該閉合路徑所套連的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。當(dāng)無(wú)磁介質(zhì)時(shí)，上式就過(guò)渡到真空時(shí)的環(huán)路定理。對(duì)各向同性的磁介質(zhì)……

的環(huán)路定理…磁介質(zhì)的性能方程（點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)）……稱為磁化率若磁場(chǎng)的分布有對(duì)稱性，就可以由的環(huán)路定理、傳導(dǎo)電流求出，然后再得到磁感應(yīng)強(qiáng)度。由也能得到磁化強(qiáng)度：9.5鐵磁質(zhì)9.5鐵磁質(zhì)一.研究磁化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置目的：得出B～H

的關(guān)系。由環(huán)路定理得一方面，ARI沖擊電流計(jì)鐵磁質(zhì)H與I成正比，有一個(gè)I,就有一個(gè)H。另一方面，再者，有一個(gè)H、B，就有一個(gè)r。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格：將開(kāi)關(guān)倒向，B-B，即磁通量-，次級(jí)回路中會(huì)產(chǎn)生一定的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（見(jiàn)下一章），沖擊電流計(jì)能測(cè)出

，從而可得出相應(yīng)的B:B=

/s.二.起始磁化曲線對(duì)未被磁化的材料,電流從零開(kāi)始:

IHB得到起始磁化曲線。BH是非線性關(guān)系。B有飽和現(xiàn)象,但仍有一定的斜率。原因:起始磁化曲線由可以得出

H曲線?？梢钥闯霾皇浅?shù)。但是在給定了值的情況下，有，通常形式上仍說(shuō)成B

與

H

成正比。三.磁滯回線Br

……剩磁Hc

……矯頑力BH

既不是線性關(guān)系，也不是單值關(guān)系，與它們的歷史有關(guān)?！叭ゴ拧狈椒ǎ?/p>

B~H

的變化情況如右圖示。H四.鐵磁質(zhì)的分類和應(yīng)用BH1.硬磁材料“胖”：剩磁大矯頑力也大例如：鐵、鈷、鎳的合金等。用途：可作永久磁鐵（電表、喇叭、錄音機(jī)磁頭、磁芯、記憶元件等）2.軟磁材料例如：純鐵、硅鋼、坡莫合金（鐵78%，Ni22%）等。軟磁材料“瘦”:剩磁小，矯頑力也小這些鐵芯在交變磁場(chǎng)中反復(fù)磁化要消耗能量，并以熱的形式放出，稱為“磁損”（或“鐵損”）。

可以證明：磁損與磁滯回線的面積成正比。BH用途：可作變壓器、鎮(zhèn)流器、電磁鐵等的鐵芯。可以證明：鐵磁質(zhì)中起主要作用的是電子的自旋磁矩。電子的自旋磁矩可以不靠外磁場(chǎng)、在小范圍內(nèi)取得一致方向而形成磁疇。為什么鐵磁質(zhì)有這么大的磁性？因?yàn)樗嬖凇按女牎??！按女牎笔氰F磁質(zhì)中已經(jīng)存在的許多自發(fā)的均勻磁化小區(qū)域。五.磁疇“居里點(diǎn)”：失去鐵磁性（變?yōu)轫槾刨|(zhì)）的臨界溫度。 例如:鐵……767oC;鎳……357

oC。各種材料“磁疇”的線度相差較大：

10

-4

mm至10-2mm一個(gè)磁疇中約有1012~1015個(gè)原子。溫度T“磁疇”的磁化強(qiáng)度M.以磁疇為單位的磁化，就有非常強(qiáng)的磁化作用。鐵磁體的磁致伸縮：鐵磁體長(zhǎng)度和體積改變?晶格間距改變?（長(zhǎng)度相對(duì)改變約10-5量級(jí)）原因：磁疇的方向改變用途：可用于制作超聲發(fā)生器等。9.6簡(jiǎn)單磁路9.6簡(jiǎn)單磁路設(shè)鐵環(huán)長(zhǎng)l，氣隙長(zhǎng)度，有l(wèi)磁路也有類似于電路的規(guī)律。設(shè)鐵環(huán)中和氣隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為有：根據(jù)的環(huán)路定理設(shè)鐵環(huán)截面積S,氣隙處磁場(chǎng)截面積S’,因?yàn)榇磐ㄊ沁B續(xù)的，都是，所以其中……磁動(dòng)勢(shì)……磁阻令此式與電路的歐姆定律相比：可以證明，它們也形式上服從相應(yīng)的串并聯(lián)規(guī)律。磁通、磁阻、磁動(dòng)勢(shì)形式上服從歐姆定律。磁力線沿鐵走，也可以從磁路角度解釋：鐵的磁阻比空氣的磁阻小得多。若，則的氣隙的磁阻，與長(zhǎng)的鐵環(huán)的磁阻相等。磁阻討論：一個(gè)鐵環(huán)開(kāi)一個(gè)很小的氣隙，磁阻將增大很多。例.如圖所示的一個(gè)鐵環(huán)，設(shè)環(huán)的長(zhǎng)度l=0.5m,

截面積S=410-4m2,環(huán)上氣隙的寬度為=1.010-3m.環(huán)的一部分上繞有線圈N=200匝，設(shè)通過(guò)線圈的電流I=0.5A,而鐵心相應(yīng)的r=5000,求鐵環(huán)氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)值和磁通量?！窘狻坑懈鶕?jù)的環(huán)路定理由于，在氣隙內(nèi)磁場(chǎng)散開(kāi)不大，可認(rèn)為鐵環(huán)和氣隙內(nèi)的B一樣大。lL（鐵心）（氣隙）可見(jiàn)，氣隙雖小，但是大大影響鐵心內(nèi)的磁場(chǎng)。磁通量Wb謝謝！