7.7 磁介質(zhì).ppt

1、1,7.7 磁 介 質(zhì),一、磁介質(zhì)的分類,磁介質(zhì)分成三類: 順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)。,磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁化后的磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng), 對(duì)原磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。,放入磁場(chǎng)中能夠顯示磁性，并影響原磁場(chǎng)的物質(zhì)，稱為磁介質(zhì)。,2,3,電介質(zhì)放入外電場(chǎng)中,相對(duì)介電常數(shù),磁介質(zhì)放入外磁場(chǎng)中,相對(duì)磁導(dǎo)率,反映磁介質(zhì)的性質(zhì)。,或,4,1.分子電流與分子磁矩,構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子中, 每個(gè)電子繞原子核作軌道運(yùn)動(dòng), 具有軌道磁矩；電子本身還有自旋, 具有自旋磁矩。,二、順磁性和抗磁性的微觀解釋,分子中所有電子的各種磁矩總和構(gòu)成固有磁矩：,固有磁矩可以看成由一個(gè)等效圓形分子電流 i 產(chǎn)生。,5,抗磁質(zhì)各電子磁矩總和 ,對(duì)外不顯

2、磁性。,順磁質(zhì)各電子磁矩總和 ，由于熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向雜亂，對(duì)外不顯磁性。,2.無外磁場(chǎng)作用時(shí)的抗磁質(zhì)與順磁質(zhì),時(shí)的順磁質(zhì),6,3. 有外磁場(chǎng)作用時(shí)的順磁質(zhì),分子的固有磁矩受力矩的作用, 趨于外磁場(chǎng)方向排列。但由于分子熱運(yùn)動(dòng)的影響, 各分子固有磁矩的取向不可能完全整齊, 外磁場(chǎng)越強(qiáng), 排列越整齊。,由于這種取向排列使原磁場(chǎng)得到加強(qiáng),但這種加強(qiáng)很小。,有外磁場(chǎng),7,分子的固有磁矩為零, 但在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生附加磁矩。,I,原子核,電子,電子軌道磁矩與外磁場(chǎng)方向相同,當(dāng)原子中的電子在庫侖力的作用下以速度 繞原子核作順時(shí)針作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí), 形成電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩 。,4. 有外磁場(chǎng)作用時(shí)的抗磁質(zhì),

3、8,向心力減小,則 減小, 軌道磁矩變小, 等效為在 軌道磁矩 上疊加一個(gè)反方向附加磁矩 。,與 方向相反,削弱外磁場(chǎng)。,I,原子核,電子,電子軌道磁矩與外磁場(chǎng)方向相同,9,I,電子軌道磁矩與外磁場(chǎng)方向相反,電子受到洛侖茲力 與庫侖力 方向相同, 在向心力增大的情況下, 要維持軌道半徑不變, 必然引起電子軌道運(yùn)動(dòng)速度增大, 以致引起磁矩增加, 即在軌道磁矩上疊加一個(gè)同方向的附加磁矩。,與 方向相反,削弱外磁場(chǎng)。,當(dāng)電子作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),10,三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 磁場(chǎng)強(qiáng)度,1. 磁介質(zhì)的磁化 束縛電流,磁介質(zhì)磁化后, 順磁質(zhì)的分子固有磁矩沿著磁場(chǎng)方向排列, 產(chǎn)生與原磁場(chǎng)方向相同的附加磁場(chǎng)。

4、 抗磁質(zhì)產(chǎn)生與原磁場(chǎng)方向相反的附加磁場(chǎng)。 分子電流呈有規(guī)則排列在磁介質(zhì)內(nèi)部, 宏觀上將在磁介質(zhì)表面形成電流。,11,束縛電流,束縛電流,宏觀上構(gòu)成沿介質(zhì)表面的等效環(huán)形電流, 稱為表面束縛電流或磁化電流。,12,2. 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 磁場(chǎng)強(qiáng)度,(1) 有介質(zhì)時(shí)的高斯定理,束縛電流在激發(fā)磁場(chǎng)方面與傳導(dǎo)電流等效, 激發(fā)的磁場(chǎng)都是渦旋場(chǎng), 存在介質(zhì)的磁場(chǎng)中高斯定理仍然成立:,在真空中, 為外磁場(chǎng); 在磁介質(zhì)中, 是外磁場(chǎng)與束縛電流產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)的合磁場(chǎng)。,13,在密繞的長直螺線管中, 充滿磁介質(zhì), 線圈中的電流為I。取閉合回路ABCDA, 求此閉合回路的磁場(chǎng)環(huán)流。,閉合回路所包圍的電流, 包含

5、傳導(dǎo)電流 I 和束縛電流 IS 兩項(xiàng)：,(2) 有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理,14,另外,兩式相比,代入式子,得,令,稱為磁導(dǎo)率。,或,15,則,或,令,則,為磁場(chǎng)強(qiáng)度。,將 NI 寫成,16,沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。,磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,17,例1 長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì) ,設(shè)勵(lì)磁電流 , 單位長度上的匝數(shù)為n 。 求: 管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。,解: 因管外磁場(chǎng)為零, 取 安培回路 L,l 為ab的長度。,l,18,例2 長直單芯電纜的芯是一根半徑為 R1 的金屬導(dǎo)體, 它與外壁 R2 之間充滿均勻磁介質(zhì),電流從芯流過再沿外壁流回。 求:介質(zhì)中磁場(chǎng)分

6、布。,（R1rR2 ) 沿圓切線方向。,解：取安培回路,19,四、鐵磁質(zhì),鐵磁質(zhì)是另一類磁介質(zhì), 在電器設(shè)備中放置鐵磁質(zhì), 可以增加磁場(chǎng)。,鐵磁性主要來源于電子的自旋磁矩。原子間電子相互耦合作用很強(qiáng), 促使其自旋磁矩平行排列形成磁疇。,在無外磁場(chǎng)的作用下磁疇取向平均抵消,能量最低, 不顯磁性。,無外磁場(chǎng),1.磁疇,20,外磁場(chǎng)較弱時(shí),自發(fā)磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同或相近的磁疇逐漸增大, 外磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí), 磁疇自發(fā)磁化方向作為一個(gè)整體, 不同程度地轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向。,當(dāng)全部磁疇都沿外磁場(chǎng)方向時(shí), 鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到飽和狀態(tài)，該值很大, 這就是鐵磁質(zhì)磁性大的原因。,磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測(cè)。,21,

7、2. 磁化曲線,22,當(dāng)外磁場(chǎng)由+Hm逐漸減小時(shí), 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。,由于磁滯, H=0時(shí),磁感強(qiáng)度B0, Br 叫做剩余磁感強(qiáng)度(剩磁) , Hc稱為矯頑力。,3. 鐵磁質(zhì)的磁滯回線,23,4. 鐵磁性材料,不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大。,24,放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的鐵質(zhì)球殼截面(球殼要有一定的厚度),由于空氣的磁導(dǎo)率接近于1,而鐵殼的磁導(dǎo)率至少有幾千,所以空腔的磁阻比鐵殼壁的磁阻大得多.所以,外磁場(chǎng)的磁通量絕大部分將沿著鐵質(zhì)球殼壁內(nèi)“通過”,極少部分“進(jìn)入”球內(nèi)的空間。磁屏蔽。,把磁導(dǎo)率不同的兩種磁介質(zhì)放到磁場(chǎng)中,在它們的交界面上磁場(chǎng)要發(fā)生突變,引起了磁感應(yīng)線的折射。,5. 磁屏蔽,25,鐵磁性物質(zhì),空氣,26,例3 矩磁材料具有近矩形磁滯回線，外加磁場(chǎng)一超過矯頑力，磁化方向就立即翻轉(zhuǎn)。矩磁材料的用途是制作電子計(jì)算機(jī)等的存儲(chǔ)元件環(huán)形磁芯，這類磁芯由矩磁鐵氧體材料制成。