磁介质中的磁场

1、磁介质中的磁场第十二章第十二章第十二章第十二章居里居里. .P居里居里. .M返回返回结束 12-1 12-1 磁介质磁介质 介质的磁化介质的磁化B0传导电流在真空中的磁场传导电流在真空中的磁场B介质中的合磁场介质中的合磁场顺磁质顺磁质B0B 抗磁质抗磁质B0B= B0BB+B介质磁化所产生的附加磁场介质磁化所产生的附加磁场锰、铬、铂、氮锰、铬、铂、氮水银、铜、硫、氢、金、银水银、铜、硫、氢、金、银铁、镍、钴、铁氧体铁、镍、钴、铁氧体一、磁介质的分类一、磁介质的分类一、磁介质的分类一、磁介质的分类返回返回结束NSBNS顺磁质磁化后顺磁质磁化后试件的极性试件的极性介质磁性的实验测定介质磁性的实验

2、测定B非均匀磁场非均匀磁场 悬丝悬丝 悬丝悬丝 悬丝悬丝 悬丝悬丝 悬丝悬丝返回返回结束圆柱形试件圆柱形试件NSBNS顺磁质磁化后顺磁质磁化后试件的极性试件的极性介质磁性的实验测定介质磁性的实验测定B顺磁质试件顺磁质试件向右摆动向右摆动返回返回结束抗磁质磁化后抗磁质磁化后试件的极性试件的极性介质磁性的实验测定介质磁性的实验测定NSB抗磁质试件抗磁质试件向左摆动向左摆动BNS返回返回结束B介质磁性的实验测定介质磁性的实验测定NS抗磁质试件抗磁质试件向左摆动向左摆动抗磁质磁化后抗磁质磁化后试件的极性试件的极性BNS返回返回结束 顺磁质分子的固有磁矩顺磁质分子的固有磁矩 无外磁场作用时，由于分子的热

3、运动，无外磁场作用时，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同分子磁矩取向各不相同,整个介质不显磁性。整个介质不显磁性。epm 二、顺磁质及其磁化二、顺磁质及其磁化分分子子磁磁矩矩=pm0即：即：不为零，不为零，返回返回结束MpmB=+B0pm 有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用。的作用。MB0这一力矩使分子磁矩转向外磁场的方向这一力矩使分子磁矩转向外磁场的方向返回返回结束MpmB=+B0pm 有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用。的作用。MB0这一力矩使分子磁矩转向外磁场的方向这一力矩使分子磁矩转向外磁场的方向返回返

4、回结束 顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。B0B0B 即：即：B返回返回结束 抗磁质分子的固有磁矩为零。抗磁质分子的固有磁矩为零。 三、抗磁质的磁化三、抗磁质的磁化 即分子中所有电子自旋磁矩和轨道磁即分子中所有电子自旋磁矩和轨道磁矩的矢量和为零。矩的矢量和为零。返回返回结束B0外磁场外磁场BpmM =+Pm电子轨电子轨道磁矩道磁矩FPd=td角角动动量量方方向向LL. 角动量角动量增量方向增量方向.MM 的方向的方向.M在圆周运动中在圆周运动中P的大小。的大小。改变改变P 的方向而不能的方向而不能只能改变只能改变所以所以F由于由于FP ，PF返回返回MLd

5、=tdB0外磁场外磁场Pm电子轨电子轨道磁矩道磁矩角角动动量量方方向向LL. 角动量角动量增量方向增量方向.MM 的方向的方向.MPm附加磁附加磁矩方向矩方向分子磁矩在磁场中分子磁矩在磁场中L的大小。的大小。改变改变L 的方向而不能的方向而不能只能改变只能改变所以所以M由于由于ML ， 电子轨道平面电子轨道平面在磁场中作进动。在磁场中作进动。电子轨道电子轨道平面进动平面进动方向方向返回返回由于附加磁矩由于附加磁矩方向和外磁场方向和外磁场相反，所以相反，所以B0外磁场外磁场Pm电子轨电子轨道磁矩道磁矩角角动动量量方方向向LL. 角动量角动量增量方向增量方向.MM 的方向的方向.MPm附加磁附加磁

6、矩方向矩方向电子轨道电子轨道平面进动平面进动方向方向B0B返回返回LPmMPmB0外磁场外磁场B0外磁场外磁场PmLMPm电电子子轨轨道道运运动动方方向向进动进动方向方向进动进动方向方向附加磁附加磁矩方向矩方向附加磁附加磁矩方向矩方向 无论电子轨道运动方向如何，无论电子轨道运动方向如何，附加磁矩方向总是和外磁场方向相反。附加磁矩方向总是和外磁场方向相反。 无论电子轨道运动方向如何，无论电子轨道运动方向如何，附加磁矩方向总是和外磁场方向相反。附加磁矩方向总是和外磁场方向相反。返回返回一、磁化强度：一、磁化强度： 12-2 磁化强度磁化强度 磁化电流磁化电流=pMmVpm+对于顺磁质对于顺磁质pm

7、pm 0抗磁质抗磁质m 0BoM=H+oHmo=H+oHm=+o1 ()r+1m=令：令：Bo=Hr=Hr相对磁导率相对磁导率返回结束顺磁质、抗磁质的磁化率顺磁质、抗磁质的磁化率 材材 料料 温度温度/K c m/10-5 明明 矾（含铁）矾（含铁） 4 4830顺顺 明明 矾（含铁）矾（含铁） 90 213 明明 矾（含铁）矾（含铁） 293 66 磁磁 氧（液态）氧（液态） 293 152 氧气氧气 293 0.19质质 钠钠 293 0.72 铀铀 293 40 铝铝 293 2.2抗抗 铋铋 293 -16.6磁磁 水水 银银 293 -2.9质质 银银 293 -2.6 铅铅 293

8、 -1.8 铜铜 293 -1.0返回结束=N IN匝数匝数:() 例题例题1一环形螺线管，管内充满磁导一环形螺线管，管内充满磁导率为率为，相对磁导率为相对磁导率为r的顺磁质。环的横的顺磁质。环的横截面半径远小于环的半径。截面半径远小于环的半径。 求：环内的磁场强度和磁感应强度求：环内的磁场强度和磁感应强度H=r2N I得：得：Hldl.=r2H=n IB=mHmrm0H=r返回结束.Hldl =r2H=2rIR2 例题例题2一无限长载流圆柱体，通有电一无限长载流圆柱体，通有电流流I ，设电流，设电流 I 均匀分布在整个横截面上。均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为柱体的磁导率为，柱外为真空

9、。求：柱，柱外为真空。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。内外各区域的磁场强度和磁感应强度。B=R2Ir2H =R2Ir2得：得：= IIIH0RrRr 2.B =r2I0返回结束均匀磁化球的均匀磁化球的B线和线和H线线B线线H线线返回结束返回结束12-5 铁磁质铁磁质12-5 铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质B0B铁、镍、钴、铁氧体铁、镍、钴、铁氧体B=H 对于顺磁质与抗磁质，对于顺磁质与抗磁质，B与与H有线性关系，有线性关系， 对于铁磁质，对于铁磁质，B 与与H之间的关系比较复杂，之间的关系比较复杂， 为一常量。即：为一常量。即：磁导率磁导率不是一个常量。不是一个常量。磁导率磁导率 由实验所测

10、定的由实验所测定的 B 与与 H 之间的关系曲线之间的关系曲线称为称为磁化特性曲线磁化特性曲线。一、铁磁质及其磁化一、铁磁质及其磁化返回返回结束eKIRG 冲击冲击电流计电流计探测探测线圈线圈 铁环铁环( (试件试件) )开关开关 磁场强度磁场强度H 可以可以根据根据 I 的测量由式的测量由式 来确定。来确定。H = n I 用冲击电流计用冲击电流计G ,可以测出感应电量可以测出感应电量q ,再由下式间接地测再由下式间接地测出出B。B =q RN SS环形铁芯的环形铁芯的横截面积横截面积测定磁化曲线的实验装置测定磁化曲线的实验装置测定磁化曲线的实验装置测定磁化曲线的实验装置返回返回结束OBHA

11、CDB.EF.HCBs.BrHs.初始磁初始磁化曲线化曲线Br剩剩 磁磁.HsBs. 饱和磁感应强度饱和磁感应强度矫顽力矫顽力HC磁滞回线磁滞回线返回返回结束居里点：居里点： 当温度达到一定时，铁磁质转变为顺当温度达到一定时，铁磁质转变为顺磁质，称这一温度为磁质，称这一温度为“居里点居里点”居里居里.M 返回返回结束二、磁二、磁 畴畴 根据现代理论，铁磁质相邻原子的根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的电子之间存在很强的“交换耦合作用交换耦合作用”，使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列，形成自能在小区域内自发地平行排列，形成自

12、发磁化达到饱和状态的微小区域。这些发磁化达到饱和状态的微小区域。这些区域称为区域称为“磁畴磁畴” 用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点。过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点。 1892年罗辛格首先提出，磁畴的形成年罗辛格首先提出，磁畴的形成是由于磁偶极子间非磁性的相互作用。是由于磁偶极子间非磁性的相互作用。 返回返回结束 1926年海森堡用量子力学中的交换力解年海森堡用量子力学中的交换力解释了磁偶极子间相互作用的起源。释了磁偶极子间相互作用的起源。 返回返回结束 1935年，朗道和栗佛希兹从磁场能量的年，朗道和栗佛希兹从磁场能量的观点说明

13、了磁畴的成因。观点说明了磁畴的成因。返回返回结束显示磁畴结构的铁粉图形返回返回结束纯铁纯铁硅铁硅铁钴钴三种铁磁性物质的磁畴三种铁磁性物质的磁畴返回返回结束Si-Fe单晶单晶(001)面的面的磁畴结构磁畴结构箭头表示箭头表示磁化方向磁化方向0.1mm返回返回结束单晶磁畴结构单晶磁畴结构 示意图示意图多晶磁畴结构多晶磁畴结构 示意图示意图返回返回结束铁磁质单晶体磁化过程H返回返回铁磁质单晶体磁化过程H返回返回铁磁质单晶体磁化过程H返回返回铁磁质单晶体磁化过程H返回返回铁磁质单晶体磁化过程H返回返回铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁

14、化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程

15、H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H铁磁质单晶体磁化过程H三、磁滞损耗三、磁滞损耗 在交变电磁场中，铁磁质的反复磁化，在交变电磁场中，铁磁质的反复磁化，将引起介质的发热，称为将引起介质的发热，称为磁滞损耗磁滞损耗。 实验和理论都可以证明，磁滞损耗和磁实验和理论都可以证明，磁滞损耗和磁质回线所包围的面积成正比。质回线所包围的面积成正比。BH返回返回结束3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。有剩磁、磁饱和及磁滞现象。 1. 磁导率磁导率不是一个常量，它的值不不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于铁磁仅决定于原线圈

16、中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。质样品磁化的历史。B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。 2. 有很大的磁导率。放入线圈中时可有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强以使磁场增强102 104倍。倍。 4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。磁质。返回返回结束四、磁性材料：四、磁性材料：软磁材料软磁材料BH 应用应用：硅钢片，作变压器、电机、电磁：硅钢片，作变压器、电机、电磁铁的铁芯。铁氧铁的铁芯。铁氧体（非金属）作体（非金属）作高频线圈的磁芯高频线圈的磁芯材料。材料。 特点特点：磁导率大，矫顽力小，容易磁化：磁导率大，矫顽力小，容易磁化也容易退磁。磁滞回线包围面积小，磁滞损也容易退磁。磁滞回线包