磁介質(zhì)中的恒定磁場lgy

1、第12章 磁介質(zhì)中的恒定磁場,12.1.1 磁介質(zhì)及其分類,能與磁場發(fā)生相互作用的物質(zhì),磁介質(zhì)(magnetic medium),被極化,附加電場,電介質(zhì),磁介質(zhì),被磁化,附加磁場,磁介質(zhì)中磁場,定義：相對磁導(dǎo)率(relative permeability,設(shè)外場磁感強度為 ，介質(zhì)磁化后附加磁場為,12.1 磁介質(zhì)及其磁化,如：真空螺線管的磁場,則，介質(zhì)螺線管的磁場,介質(zhì)磁導(dǎo)率(permeability,磁介質(zhì)分類,弱磁性介質(zhì),強磁性介質(zhì),超導(dǎo)材料,順磁質(zhì)(paramagnet) 抗磁質(zhì)(diamagnetic material,鐵磁質(zhì)(ferromagnetics,r = 0 B=0 完全抗

2、磁性,磁介質(zhì),r 1, BB0, B與B0同向,r 1,BB0 ,B與B0反向,r 1, BB0, B與B0同向,12.1.2 分子磁矩和分子附加磁矩,1. 分子磁矩(molecular magnetic moment,2. 分子附加磁矩,分子或原子中各電子繞核運動和自旋運動等效于“分子電流”,分子電流的磁矩稱為“分子磁矩”，表示為,忽略電子自旋，考察磁場對電子軌道磁矩 的作用,電子反向運動,結(jié)論：附加磁矩總是與外磁場反向,對于整個分子，附加磁矩,電子在外磁場中的旋進產(chǎn)生與 方向相反的附加磁矩,無外磁場時,順磁質(zhì),抗磁質(zhì),12.1.3 抗磁質(zhì)和順磁質(zhì)的磁化機理,在外磁場中,順磁質(zhì),磁矩轉(zhuǎn)向外場

3、方向,則,附加磁矩與外場方向相反，且,故附加磁場方向與外磁場方向相同,分子固有磁矩取向極化,在外磁場中，每個運動電子都要產(chǎn)生與外磁場方向相反的附加磁矩,分子附加磁矩為,附加磁矩與外場方向相反,故附加磁場方向與外磁場方向相反,12.1.4 磁化強度矢量與磁化電流,1) 磁化強度(magnetization)反映磁化程度強弱的物理量,抗磁質(zhì),定義：單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和,單位：安培米-1(Am-1,順磁質(zhì),抗磁質(zhì),方向與外磁場方向相同,方向與外磁場方向相反,分子附加磁矩是抗磁質(zhì)磁化的唯一原因,2）磁化電流(magnetization current,介質(zhì)磁化的宏觀效果是在介質(zhì)橫截面邊緣出現(xiàn)環(huán)形

4、電流，這種電流稱為“磁化電流Is,磁化電流與傳導(dǎo)電流的區(qū)別： 磁化電流是分子內(nèi)電荷運動一段段接合而成，不同于傳導(dǎo)電流的電荷定向運動，又稱束縛電流，其磁效應(yīng)與傳導(dǎo)電流相當(dāng)，但不產(chǎn)生熱效應(yīng),磁化面電流密度,分子磁矩的矢量和,磁化強度在數(shù)值上等于磁化電流面密度，兩者關(guān)系由右螺旋法則確定,可以推知：磁化強度的環(huán)流為,12.2.1 磁介質(zhì)中的高斯定理,磁介質(zhì)中磁場,由磁化電流產(chǎn)生的微觀機理可知：磁化電流與傳導(dǎo)電流在產(chǎn)生磁場方面等效,12.2.2 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,如圖取L回路,12.2 磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理,定義：磁場強度(magnetic field intensity,單位：Am-

5、1,磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理,磁場強度沿任一閉合回路的環(huán)流，等于閉合回路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而在形式上與磁介質(zhì)中的磁化電流無關(guān),分析,1,只與穿過L的傳導(dǎo)電流代數(shù)和有關(guān),2）對各向同性磁介質(zhì),磁化率,由,介質(zhì)相對磁導(dǎo)率,介質(zhì)磁導(dǎo)率,在真空中,例 為了測試某種材料的相對磁導(dǎo)率,常將材料做成橫截面為圓形的螺繞環(huán)芯子, 設(shè)環(huán)上繞有線圈200匝, 平均圍長0.1m, 橫截面積為510-5m2, 當(dāng)線圈內(nèi)通有電流0.1A時用磁通計測得穿過橫截面積的磁通量為610-5 Wb, 試計算該材料的相對磁導(dǎo)率,截面磁場近似均勻,解：選如圖所示的安培環(huán)路,12.3.1 鐵磁質(zhì)的特點,高：B隨H迅速增長，平均斜率比

6、非鐵磁質(zhì)大得多。 非線性： B和H呈非線性關(guān)系，單值關(guān)系，非恒量。 磁滯(hysteresis)：B的變化落后于H的變化。 存在居里點：臨界溫度時，失去鐵磁性成為順磁質(zhì)。 鐵：T=1040K 鎳：T=631K,13.3.2 鐵磁質(zhì)的磁化特性 磁滯回線,實驗：鐵磁質(zhì)芯的螺線管，通以電流 I,改變 I，測量 H 值和 B 值,畫出BH曲線,Video 鐵磁質(zhì)磁化,12.3 鐵磁質(zhì),磁導(dǎo)率曲線,BH曲線分析,Oa： 起始磁化曲線,Hs： 飽和磁場強度,Br：剩余磁感應(yīng)強度,Hc：矯頑力(coercive force,磁滯效應(yīng)： 磁感應(yīng)強度B變化跟不上磁場強 度H的變化,磁滯損耗： 材料熱效應(yīng)大小與磁滯回線面積成正比,12.3.3 鐵磁材料按磁滯回線分類,軟磁材料,磁滯損耗小，容易磁化，容易退磁，適用于交變磁場。如制造電機，變壓器等的鐵芯,硬磁材料,磁滯損耗較大，不易磁化，不易退磁，適合于制造永磁體,矩磁材料,適合于制作記錄磁帶及計算機的記憶元件,12.3.4 磁疇,鐵磁質(zhì)相鄰原子間存在很強的交換耦合作用，使得無外場時電子自旋磁矩在微小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成一個個小的自發(fā)磁化區(qū)，稱為“磁疇,鐵磁質(zhì)在外磁場中的磁化過程主要為疇壁的移動和磁疇內(nèi)磁矩的轉(zhuǎn)向,自發(fā)磁化方向逐漸轉(zhuǎn)向外磁場方向（磁疇轉(zhuǎn)向），直到所有磁疇都沿外磁場方向整齊排列時，鐵磁質(zhì)就達到磁飽和狀態(tài),磁化