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1、物質(zhì)的磁性解析物質(zhì)的磁性解析 正如電介質(zhì)在電場(chǎng)中會(huì)被極化,磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中也會(huì)被磁化。被磁化以后的磁介質(zhì)同樣會(huì)改變空間磁場(chǎng)的分布。順磁質(zhì)抗磁質(zhì)當(dāng)均勻磁介質(zhì)充滿磁場(chǎng)時(shí)(例如充滿螺線管),有r稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率。一、磁介質(zhì) 正如電介質(zhì)在電場(chǎng)中會(huì)被極化,磁介質(zhì)在磁場(chǎng)中也會(huì)被磁化 順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)對(duì)原磁場(chǎng)的影響并不大。但有一類(lèi)磁介質(zhì)被磁化后產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)要比原有的磁場(chǎng)強(qiáng)得多,r102-104,這種磁介質(zhì)稱(chēng)作鐵磁質(zhì)。顯然有:順磁質(zhì)r1 抗磁質(zhì)r1磁介質(zhì)種類(lèi)相對(duì)磁導(dǎo)率抗磁質(zhì)r1鐵磁質(zhì)r1汞(293K) 1-2.910-5銅(293K) 1-1.010-5氫(氣體) 1-3.9810-5鋁(293K) 1+1.65
2、10-5鉑(293K) 1+2610-5氧(氣體) 1+344.910-5純鐵 5103(最大值)硅鋼 7102(最大值)坡莫合金 1105(最大值) 順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)對(duì)原磁場(chǎng)的影響并不大。但有一類(lèi)磁介質(zhì)被 介質(zhì)被磁化并在周?chē)ぐl(fā)附加磁場(chǎng),其根源在于分子電流。電子繞原子核運(yùn)動(dòng)等效于圓電流,電子繞核運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量為 等效電流:原子磁矩: 介質(zhì)被磁化并在周?chē)ぐl(fā)附加磁場(chǎng),其根源在于分子電流。 根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論,構(gòu)成物質(zhì)的每一個(gè)原子相當(dāng)于一個(gè)小磁矩。 由于大部分分子是由多個(gè)原子結(jié)合而成,原子的磁矩疊加后,有些介質(zhì)的分子磁矩為零,稱(chēng)作抗磁質(zhì);有些介質(zhì)的分子磁矩不為零,稱(chēng)作順磁質(zhì)。 根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論,構(gòu)成物
3、質(zhì)的每一個(gè)原子相當(dāng)于一個(gè)小磁1.順磁質(zhì) 磁介質(zhì)的分子磁矩不為零,在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí),由于分子的熱運(yùn)動(dòng),整個(gè)磁介質(zhì)的排列是雜亂無(wú)規(guī)則的。 在外磁場(chǎng)的作用下,分子磁矩沿磁場(chǎng)方向趨于一致,磁介質(zhì)被磁化。1.順磁質(zhì) 磁介質(zhì)的分子磁矩不為零,在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí),由 設(shè)分子由兩個(gè)磁矩相反的原子構(gòu)成,外磁場(chǎng)的作用使分子在磁場(chǎng)的反方向獲得一個(gè)增量。2.抗磁質(zhì) 設(shè)分子由兩個(gè)磁矩相反的原子構(gòu)成,外磁場(chǎng)的作用使分子在磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度:如何衡量磁介質(zhì)被磁化的程度(Am-1)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):: 相對(duì)磁導(dǎo)率。: 磁化率 (無(wú)單位)。磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度:如何衡量磁介質(zhì)被磁化的程度(Am-1)實(shí)在真空中:M0, r = 1, 。順磁質(zhì): r
4、 1, ;抗磁質(zhì): r 0 ,稱(chēng)為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率。 磁介質(zhì)中 B 與 H 同方向(各向同性均勻弱磁質(zhì))。 磁介質(zhì)中畢薩定律:M、H、B 間的關(guān)系說(shuō)明 r 0 0 ,稱(chēng)為例 如圖,同軸電纜:R1、R2 、R3;磁介質(zhì):各相同性、 ;電流I沿圓柱導(dǎo)線向上均勻流去再由圓筒均勻流回。求H、B分布及介質(zhì)內(nèi)的M 。 解磁場(chǎng)分布為柱對(duì)稱(chēng)。例 如圖,同軸電纜:R1、R2 、R3;磁介質(zhì):各相同性、例 如圖,同軸電纜:R1、R2 、R3;磁介質(zhì):各相同性、 ;電流I沿圓柱導(dǎo)線向上均勻流去再由圓筒均勻流回。求H、B分布及介質(zhì)內(nèi)的M 。 解磁場(chǎng)分布為柱對(duì)稱(chēng)。例 如圖,同軸電纜:R1、R2 、R3;磁介質(zhì):各相同性、
5、 磁介質(zhì)內(nèi):(解畢)磁介質(zhì)內(nèi):(解畢)有磁介質(zhì)時(shí)求磁場(chǎng)問(wèn)題的一般方法:自由電流(傳導(dǎo)電流)I0i 分布磁介質(zhì)內(nèi):(解畢)有磁介質(zhì)時(shí)求磁場(chǎng)問(wèn)題的一般方法:自由電流(傳導(dǎo)電流)I0i 有磁介質(zhì)時(shí)求磁場(chǎng)問(wèn)題的一般方法:自由電流(傳導(dǎo)電流)I0i 分布有磁介質(zhì)時(shí)求磁場(chǎng)問(wèn)題的一般方法:自由電流(傳導(dǎo)電流)I0i 1.磁疇 鐵磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率要比其他磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率大的多。三、鐵磁質(zhì)1.磁疇 鐵磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率要比其他磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率 從現(xiàn)代物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來(lái)看,鐵磁質(zhì)內(nèi)電子自旋引起的相互作用非常強(qiáng)烈,在這種作用下,鐵磁質(zhì)內(nèi)部形成了一些微小的特殊區(qū)域,叫做磁疇。電子隧道掃描鏡下的磁疇 從現(xiàn)代物質(zhì)的原
6、子結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來(lái)看,鐵磁質(zhì)內(nèi)電子自旋引起的 磁疇內(nèi)由于電子的自旋磁矩排列非常整齊,因此具有很強(qiáng)的磁性。 在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí),鐵磁質(zhì)內(nèi)各個(gè)磁疇的排列方向是無(wú)序的,鐵磁質(zhì)不呈現(xiàn)磁性。 在外磁場(chǎng)作用下,與磁場(chǎng)方向相同的磁疇將漸漸擴(kuò)大,與磁場(chǎng)方向相反的磁疇漸漸縮小,鐵磁質(zhì)呈現(xiàn)磁性。 磁疇內(nèi)由于電子的自旋磁矩排列非常整齊,因此具有很強(qiáng)的 當(dāng)外磁場(chǎng)大到一定程度時(shí),所有磁疇的磁矩方向指向同一方向,這時(shí)鐵磁質(zhì)達(dá)到了磁飽和。 外磁場(chǎng)撤銷(xiāo)以后,在熱運(yùn)動(dòng)的作用下磁疇難以恢復(fù)原狀,鐵磁質(zhì)具有剩磁。 鐵磁質(zhì)的磁化與溫度有關(guān),當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí),鐵磁質(zhì)的鐵磁性消失成為順磁質(zhì)。這一溫度稱(chēng)作居里溫度。這是由于隨著溫度的提高,鐵磁
7、質(zhì)的磁疇因分子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)而遭到破環(huán)。鐵的居里溫度為1043K。 當(dāng)外磁場(chǎng)大到一定程度時(shí),所有磁疇的磁矩方向指向同一方2.磁化曲線 磁介質(zhì)的B-H曲線稱(chēng)作磁介質(zhì)的磁化曲線。 鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率不再是常量,而是與磁場(chǎng)強(qiáng)度及磁化歷史有關(guān)的量。2.磁化曲線 磁介質(zhì)的B-H曲線稱(chēng)作磁介質(zhì)的磁化曲線。3.磁滯回線 磁感強(qiáng)度的變化落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化,這種現(xiàn)象叫作磁滯現(xiàn)象。磁滯回線3.磁滯回線 磁感強(qiáng)度的變化落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化,這種4.磁性材料 磁性材料被廣泛用于電子電工設(shè)備和科學(xué)研究中硬磁材料硬磁材料的特點(diǎn):剩磁和矯頑力大應(yīng)用:永磁體4.磁性材料 磁性材料被廣泛用于電子電工設(shè)備和科學(xué)研究軟磁材料軟磁材料的特點(diǎn):相對(duì)磁導(dǎo)率和飽和磁感強(qiáng)度大,矯頑力較小。應(yīng)用:電磁鐵、變壓器電機(jī)等的鐵心軟磁材料軟磁材料的特點(diǎn):相對(duì)磁導(dǎo)率和飽和磁感強(qiáng)度大,矯頑力較矩磁鐵氧體材料矩磁材料的特點(diǎn):相對(duì)磁導(dǎo)率和電阻率大,矯頑力和剩磁較大。應(yīng)用:利用正、反兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)代表0和1,可作為二進(jìn)制記憶元件。矩磁鐵氧體材料矩磁材料的特點(diǎn):相對(duì)磁導(dǎo)率和電阻率大,矯頑力和 計(jì)算機(jī)硬盤(pán)就是以鐵氧體作為磁性記
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