磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)2

會(huì)計(jì)學(xué)1磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)2

實(shí)驗(yàn)證明：對(duì)于各向同性的介質(zhì)，在磁介質(zhì)中任意一點(diǎn)磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。

式中只與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，稱為磁介質(zhì)的磁化率，是一個(gè)純數(shù)。如果磁介質(zhì)是均勻的，它是一個(gè)常量；如果磁介質(zhì)是不均勻的，它是空間位置的函數(shù)。磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)比：第1頁/共20頁相對(duì)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率

值得注意：為研究介質(zhì)中的磁場(chǎng)提供方便而不是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的基本物理量，B才是反映磁場(chǎng)性質(zhì)的基本物理量。磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)比：第2頁/共20頁

例1在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為，單位長(zhǎng)度內(nèi)匝數(shù)，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為和。求環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：在環(huán)內(nèi)任取一點(diǎn)，過該點(diǎn)作一和環(huán)同心、半徑為的圓形回路。

式中為螺繞環(huán)上線圈的總匝數(shù)。由對(duì)稱性可知，在所取圓形回路上各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小相等，方向都沿切線。磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理的應(yīng)用第3頁/共20頁解：當(dāng)環(huán)內(nèi)是真空時(shí)當(dāng)環(huán)內(nèi)充滿均勻介質(zhì)時(shí)磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

例2在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為，單位長(zhǎng)度內(nèi)匝數(shù)，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為和。求環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。第4頁/共20頁

例3

如圖所示，一半徑為R1的無限長(zhǎng)圓柱體（導(dǎo)體≈

0

）中均勻地通有電流I，在它外面有半徑為R2的無限長(zhǎng)同軸圓柱面，兩者之間充滿著磁導(dǎo)率為的均勻磁介質(zhì)，在圓柱面上通有相反方向的電流I。試求（1）圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)的磁場(chǎng)；（2）圓柱體內(nèi)一點(diǎn)磁場(chǎng)；（3）圓柱面外一點(diǎn)的磁場(chǎng)。解（1）當(dāng)兩個(gè)無限長(zhǎng)的同軸圓柱體和圓柱面中有電流通過時(shí)，它們所激發(fā)的磁場(chǎng)是軸對(duì)稱分布的，而磁介質(zhì)亦呈軸對(duì)稱分布，因而不會(huì)改變場(chǎng)的這種對(duì)稱分布。設(shè)圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是r1，以r1為半徑作一圓，取此圓為積分回路，根據(jù)安培環(huán)路定理有IIIR1R2r2r1r3磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理YINYONG第5頁/共20頁（2）設(shè)在圓柱體內(nèi)一點(diǎn)到軸的垂直距離是r2，則以r2為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理有

式中是該環(huán)路所包圍的電流部分，由此得磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理的應(yīng)用第6頁/共20頁由B＝

H，得

（3）在圓柱面外取一點(diǎn)，它到軸的垂直距離是r3，以r3為半徑作一圓，根據(jù)安培環(huán)路定理,考慮到環(huán)路中所包圍的電流的代數(shù)和為零，所以得即或磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理第7頁/共20頁與弱磁質(zhì)相比，鐵磁質(zhì)具有以下特點(diǎn)：(1)在外磁場(chǎng)的作用下能產(chǎn)生很強(qiáng)的附加磁場(chǎng)。(2)外磁場(chǎng)停止作用后，仍能保持其磁化狀態(tài)。(4)具有臨界溫度Tc。在Tc以上，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)，Tc稱為居里溫度或居里點(diǎn)。不同的鐵磁質(zhì)有不同的居里溫度Tc。純鐵：770oC，純鎳：358oC。(3)相對(duì)磁導(dǎo)率和磁化率不是常數(shù)，而是隨外磁場(chǎng)的變化而變化；具有磁滯現(xiàn)象，之間不具有簡(jiǎn)單的線性關(guān)系?！?.9*鐵磁質(zhì)居里第8頁/共20頁AR12K接磁通計(jì)把未磁化的均勻鐵磁質(zhì)充滿一螺繞環(huán)，如圖：線圈中通入電流(勵(lì)磁電流)后，鐵磁質(zhì)就被磁化。

根據(jù)有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理，當(dāng)勵(lì)磁電流為I時(shí)，環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度：1.磁介質(zhì)第9頁/共20頁AR12K接磁通計(jì)

鐵芯中的B由磁通計(jì)上的次級(jí)線圈測(cè)出，這樣，通過改變勵(lì)磁電流，可得到對(duì)應(yīng)的一組B和H的值，從而給出一條關(guān)于試樣B~H的關(guān)系曲線（磁化曲線）。OHACBS磁介質(zhì)第10頁/共20頁OHACBS

使勵(lì)磁電流從零開始，此時(shí)B=H=0，然后逐漸增大電流，以增大H

。測(cè)得B與H的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示：

隨H的增大，B先緩慢增大(OA段)，然后迅速增大(AB段)，過B點(diǎn)過后，B又緩慢增大(BC段)。

從S開始，B幾乎不隨H的增大而增大，介質(zhì)的磁化達(dá)到飽和。與S對(duì)應(yīng)的HS稱飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度，相應(yīng)的BS稱飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

根據(jù)，可以求出不同H值對(duì)應(yīng)的r值，由此可見鐵磁質(zhì)B~H顯著的非線性特點(diǎn)。磁介質(zhì)第11頁/共20頁2.磁滯回線

當(dāng)鐵磁質(zhì)達(dá)到飽和狀態(tài)后，緩慢地減小H，鐵磁質(zhì)中的B并不按原來的曲線減小，并且H=0時(shí)，B不等于0，具有一定值，這種現(xiàn)象稱為剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

要完全消除剩磁Br，必須加反向磁場(chǎng)，當(dāng)B=0時(shí)磁場(chǎng)的值Hc為鐵磁質(zhì)的矯頑力。

當(dāng)反向磁場(chǎng)繼續(xù)增加，鐵磁質(zhì)的磁化達(dá)到反向飽和。反向磁場(chǎng)減小到零，同樣出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象。不斷地正向或反向緩慢改變磁場(chǎng)，磁化曲線為一閉合曲線—磁滯回線。第12頁/共20頁

B的變化總落后于H的變化，稱磁滯現(xiàn)象。

在反復(fù)磁化過程中能量的損失叫做磁滯損耗。緩慢磁化過程，經(jīng)歷一次磁化過程損耗的能量與磁滯回線包圍的面積成正比。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

鐵磁體在交變磁化磁場(chǎng)的作用下，它的形狀隨之改變，叫做磁致伸縮效應(yīng)。磁滯回線第13頁/共20頁3.磁疇單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

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，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。第14頁/共20頁磁疇單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

在沒有外磁場(chǎng)作用時(shí)，磁體體內(nèi)磁矩排列雜亂，任意物理無限小體積內(nèi)的平均磁矩為零。第15頁/共20頁

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。磁疇第16頁/共20頁BHOBHO

矯頑力很小(Hc<102A?m-1)，磁滯回線窄，所圍的面積小，磁滯損耗小。

軟磁材料如純鐵、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等材料，適用于交變磁場(chǎng)中，常用作變壓器、繼電器、電動(dòng)機(jī)、電磁鐵和發(fā)動(dòng)機(jī)的鐵芯。

矯頑力大，剩磁大、磁滯回線寬，所圍的面積大，磁滯損耗大。4.軟磁材料5.硬磁材料第17頁/共20頁

硬磁材料如碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等材料。磁化后能保持很強(qiáng)的磁性，適用于制成各種類型的永久磁鐵。

矩磁材料的磁滯回線接近于矩形，特點(diǎn)是剩磁Br接近飽和值BS。BHO

壓磁材料具有較強(qiáng)的磁致伸縮效應(yīng)，常用于制造超聲波發(fā)生器。硬磁材料

當(dāng)矩磁材料在不同方向的外磁場(chǎng)磁化后，總是處于和兩種剩磁狀態(tài)，可作電子計(jì)算機(jī)的“記憶”元件。第18頁/共20頁

硬磁材料如碳鋼、鎢鋼、鋁鎳鈷合金等材料。磁化后能保持很強(qiáng)的磁