磁場(chǎng)能量密度1磁介質(zhì)磁介質(zhì)-課程中心.ppt

1、1,課程指導(dǎo)課四 第15章 磁介質(zhì)的磁化 1 磁介質(zhì)的磁化 磁化強(qiáng)度矢量 2 磁場(chǎng)強(qiáng)度 有磁介質(zhì)時(shí)的安培 環(huán)路定理 3 鐵磁質(zhì),教師：鄭采星,大學(xué)物理,2,基本要求,教學(xué)基本內(nèi)容、基本公式,第4章振動(dòng),理解磁介質(zhì)的磁化、磁化強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量。理解B、H、M三個(gè)矢量之間的關(guān)系，磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律。了解順磁性與抗磁性。鐵磁質(zhì)的特性。理解磁場(chǎng)能量，磁場(chǎng)能量密度。,1. 磁介質(zhì),磁介質(zhì):實(shí)體物質(zhì)在磁場(chǎng)作用下呈現(xiàn)磁性,該物體稱磁介質(zhì)。,磁介質(zhì)的三種類型：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。,順磁質(zhì)：,如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。,抗磁質(zhì)：,鐵磁質(zhì)：,如氮、水、銅、銀、金、鉍等。,如鐵、鈷、鎳等，,3,2. 磁介質(zhì)

2、磁化 結(jié)構(gòu)模型和分子磁矩,原子中電子參與兩種運(yùn)動(dòng)：自旋及繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有軌道磁矩和自旋磁矩。,用等效的分子電流的磁效應(yīng)來表示各個(gè)電子對(duì)外界磁效應(yīng)的總合，稱為分子固有磁矩。,*電子的進(jìn)動(dòng)：在外磁場(chǎng)作用下，每個(gè)電子除了保持環(huán)繞原子核的運(yùn)動(dòng)和電子本身的自旋以外，還要附加電子磁矩以外磁場(chǎng)方向?yàn)檩S線的轉(zhuǎn)動(dòng)。,3.磁化強(qiáng)度M,單位體積內(nèi)所有分子固有磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和.,反映磁介質(zhì)磁化程度的物理量。,4,4.有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理,5.鐵磁質(zhì),磁化曲線、磁滯回線,r非線性、磁飽和,剩磁、矯頑力,軟磁材料、硬磁材料、矩磁材料,5,在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強(qiáng)的交換耦合作用

3、，這個(gè)相互作用促使相鄰原子中電子的自旋磁矩平行排列起來，形成一個(gè)自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域稱為磁疇。,磁疇,在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁體體內(nèi)磁矩排列雜亂，任意物理無(wú)限小體積內(nèi)的平均磁矩為零。,6,在外磁場(chǎng)作用下，磁矩與外磁場(chǎng)同方向排列時(shí)的磁能將低于磁矩與外磁反向排列時(shí)的磁能，結(jié)果是自發(fā)磁化磁矩和外磁場(chǎng)成小角度的磁疇處于有利地位，這些磁疇體積逐漸擴(kuò)大，而自發(fā)磁化磁矩與外磁場(chǎng)成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。 隨著外磁場(chǎng)的不斷增強(qiáng)，取向與外磁場(chǎng)成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇將向外磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。 以后再繼續(xù)增加磁場(chǎng)，所有磁疇都沿外磁場(chǎng)方向整齊排列，這時(shí)磁化達(dá)到飽和。,7,

4、1. 圓柱形無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線置于均勻無(wú)限大磁介質(zhì)之中，若導(dǎo)線中流過的穩(wěn)恒電流為I，磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率為mr (mr 1)，則與導(dǎo)線接觸的磁介質(zhì)表面上的磁化電流為 (A) (1 - mr)I (B) (mr - 1)I (C) mrI (D) ,答案：(B),參考解答：有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理說明；磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任一閉合路徑的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。,由安培環(huán)路定理，可以得到：,B 由穩(wěn)恒電流I與磁化電流共同決定。,穩(wěn)恒電流I在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng),磁化電流在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng),8,2. 一鐵環(huán)的中心線周長(zhǎng)為0.3 m，橫截面積為1.010-4 m2，在環(huán)上密繞300匝表面絕緣的導(dǎo)線，當(dāng)導(dǎo)線

5、通有電流3.210-2 A時(shí)，通過環(huán)的橫截面的磁通量為2.010-6 Wb求： (1) 鐵環(huán)內(nèi)部的磁感強(qiáng)度； (2) 鐵環(huán)內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度； (3) 鐵的磁化率； (4) 鐵環(huán)的磁化強(qiáng)度,解：(1),(3) 相對(duì)磁導(dǎo)率, 磁化率,(4) 磁化強(qiáng)度,M = cmH1.59104 A/m,9,3. 順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率明顯地依賴于溫度，而抗磁質(zhì)的磁導(dǎo)率則幾乎與溫度無(wú)關(guān)，為什么？,參考解答：,順磁質(zhì)的磁性主要來源于分子的固有磁矩沿外磁場(chǎng)方向的取向排列。當(dāng)溫度升高時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的緣故，這些固有磁矩更易趨向混亂，而不易沿外磁場(chǎng)方向排列，使得順磁質(zhì)的磁性因磁導(dǎo)率明顯地依賴于溫度。,鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于磁

6、疇的磁矩方向沿外磁場(chǎng)方向的取向排列。當(dāng)溫度升高時(shí)，各磁疇的磁矩方向易趨向混亂而使鐵磁質(zhì)的磁性減小，因而鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率會(huì)明顯地依賴于溫度。當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度超過居里點(diǎn)時(shí)，其磁性還會(huì)完全消失。,至于抗磁質(zhì)，它的磁性來源于抗磁質(zhì)分子在外磁場(chǎng)中所產(chǎn)生的與外磁場(chǎng)方向相反的感生磁矩，不存在磁矩的方向排列問題，因而抗磁質(zhì)的磁性和分子的熱運(yùn)動(dòng)情況無(wú)關(guān)，這就是抗磁質(zhì)的磁導(dǎo)率幾乎與溫度無(wú)關(guān)的原因。,10,4. 在實(shí)際問題中用安培環(huán)路定理 計(jì)算由鐵磁質(zhì)組成的閉合環(huán)路，在得出H后，如何進(jìn)一步求出對(duì)應(yīng)的B值呢？,參考解答: 由于鐵磁質(zhì)的m r不是一個(gè)常數(shù)，因此不能用B =mrm0H來進(jìn)行計(jì)算，而是應(yīng)當(dāng)查閱手冊(cè)中該鐵磁材料的BH曲線圖，找出對(duì)應(yīng)于計(jì)算值H的磁感強(qiáng)度B值,5. 在鐵環(huán)上繞有N200匝的一層線圈，若電流強(qiáng)度I2.5 A，鐵環(huán)橫截面的磁通量為F510-4 Wb，且鐵環(huán)橫截面的半徑遠(yuǎn)