软磁材料的磁滞回线比较瘦学习资料

1、软磁材料的磁滞回线比较瘦 磁介质磁介质:* 相对磁导率相对磁导率:orBB实验发现：有、无磁介质的实验发现：有、无磁介质的螺旋管内磁感应强度的比值，螺旋管内磁感应强度的比值，可表征它们在磁场中的性质。可表征它们在磁场中的性质。0BIIBII* 顺磁质顺磁质1r1r* 抗磁质抗磁质1r* 铁磁质铁磁质 磁介质的分类：磁介质的分类：如氧、铝、钨、铂、铬等。如氧、铝、钨、铂、铬等。，如氮、水、铜、银、金、铋等。，如氮、水、铜、银、金、铋等。如铁、钴、镍等如铁、钴、镍等超导体是理想的抗磁体超导体是理想的抗磁体顺磁质见顺磁质见抗磁质抗磁质,P98表表11.7-10r磁化率磁化率mmr1er12. 磁介质

2、的顺磁性和抗磁性磁介质的顺磁性和抗磁性抗磁性物质：抗磁性物质：分子中电子和核的运动都能分子中电子和核的运动都能产生磁效应，分子对外界磁产生磁效应，分子对外界磁效应的总和可用一个等效的效应的总和可用一个等效的圆电流来代替，称为分子电圆电流来代替，称为分子电流，其磁矩称为分子磁矩，流，其磁矩称为分子磁矩，用用 表示。表示。l0l顺磁性物质：顺磁性物质：0l但无外场时，由于分子电流的取向在但无外场时，由于分子电流的取向在各方向几率一样，因此对外不显磁性各方向几率一样，因此对外不显磁性0llMBLMLddtM方向仅改变lMB00B产生顺磁，产生顺磁，l进动后进动后 产生抗磁产生抗磁磁介质在外场中受到两

3、种作用：磁介质在外场中受到两种作用：一是分子固有磁矩在外场中重新取向，产生磁场一是分子固有磁矩在外场中重新取向，产生磁场B 与外磁场与外磁场 同向。同向。(顺磁质顺磁质 )0Bl0B二是在外场作用下，原子或分子中各个电子因进动而产生附二是在外场作用下，原子或分子中各个电子因进动而产生附加磁矩，用加磁矩，用 表示。无论是抗磁物质还是顺磁物质表示。无论是抗磁物质还是顺磁物质 总总是与是与 反向。反向。l3、抗磁质的磁化、抗磁质的磁化0ll与与0B的方向相反，的方向相反，与0B的方向相反，的方向相反，B 0BMl4、顺磁质的磁化、顺磁质的磁化l与与0B的方向相反，的方向相反，0ll0B与与的方向相同

4、，的方向相同，B 但但与与0B的方向相同的方向相同ll故抗磁性显现不出来，故抗磁性显现不出来，1. 磁化强度磁化强度 讨论：讨论：对于真空对于真空 M=0对于顺磁质对于顺磁质同向与同向，与0BBBM即单位体积内所有分子磁矩的矢量和即单位体积内所有分子磁矩的矢量和对于抗磁质对于抗磁质反向与反向，与00BBBM0BB0BB 磁化强度和磁化电流磁化强度和磁化电流（P100101可不看按下面求）可不看按下面求）HMmVMli实验规律实验规律在均匀外磁场中，各向同性均匀的在均匀外磁场中，各向同性均匀的顺磁质顺磁质被磁化，未被抵消的被磁化，未被抵消的分子电流沿着柱面流动，称为磁化面电流。分子电流沿着柱面流

5、动，称为磁化面电流。 B0B. 磁化面电流磁化面电流磁化面电流也称为磁化面电流也称为束缚面电流或分子电流。束缚面电流或分子电流。若在若在l长介质表面束缚分子面电流为长介质表面束缚分子面电流为 i 则其线密度为则其线密度为设介质的截面积设介质的截面积 S，则有：则有：lMi0BMlliJ磁化面电流线密度磁化面电流线密度在垂直于电流流动方向上在垂直于电流流动方向上单位长度的分子面电流。单位长度的分子面电流。JJVlSJViSM束缚电流线密度束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。的大小等于磁化强度的切向分量。 磁化强度的环流磁化强度的环流lMi普遍情况下可以证明普遍情况下可以证明电介质有电介质

6、有nP 束缚电荷面密度束缚电荷面密度的大小等于的大小等于电极化强度的法向分量。电极化强度的法向分量。abdcM i以充满介质的螺旋管为例，以充满介质的螺旋管为例，选如图回路，求环流选如图回路，求环流磁化强度沿任一回路的环流，等于磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过此回路的束缚电流穿过此回路的束缚电流 i的代数和的代数和i与与L环绕方向成右旋者为正，反之为负。环绕方向成右旋者为正，反之为负。HMmnMJiabJabMl dMn MJn MJ磁介质中的磁场磁介质中的磁场 磁场强度磁场强度 1. 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理LLLiIl dB00l dMIl dBLLL00LLIldM

7、B)(0束缚电流束缚电流传导电流传导电流LLildM有磁介质的总场有磁介质的总场1I2ILiIknI1nIMBHdef0MBH0定义磁场强度定义磁场强度 则有：则有：LLIl dH 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。路径所包围的自由电流的代数和。物理意义物理意义磁场强度磁场强度H 的单位：的单位：安培安培/米米(A/m) （ SI）H 的环流仅与传导电流的环流仅与传导电流 I 有关有关,与介质无关。与介质无关。(当当 I 相同时，尽管介质不同，相同时，尽管介质不同，H 在同一点上在同一点上也不相同，然而环流却相同。因此可以

8、用它也不相同，然而环流却相同。因此可以用它求场量求场量 ，就象求，就象求 那样。那样。HDabdcM inIHIabnabH例：例：有磁介质有磁介质无限长螺线管无限长螺线管HHBr0nIBr0电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理SSqqSdE)(100LLLiIl dB00l dMIl dBLLL00LLIl dMB)(0MBHdef0LLIl dHSSSSdPqSdE00011SSqSdPE00)(PEDdef0VeSdVSdDEDe0)1 (EEDr0r 称为相对电容率称为相对电容率或相对介电常量。或相对介电常量。 之间的关系：之间的关系：pDE

9、,)1 (erEPe0HMm 之之间的关系间的关系MHB,实验规律实验规律量量 纲纲MBHdef0PEDdef0HBm)1 (0)1 (mrHHBr0r 称为相对磁导率称为相对磁导率r0磁导率磁导率电磁电磁 场的场的本构本构 方程方程 描述真空描述真空 中电磁场和中电磁场和介质中电介质中电 磁场的关系式磁场的关系式解解 由安培环路定理由安培环路定理:有有H2 r =rNIH 2 例题例题 一细铁环中心周长一细铁环中心周长l=30cm，横截面积，横截面积S=1.0cm2,密绕密绕N=300匝。当匝。当I=32mA时，时， m=2.010-6wb ， 求铁芯中的磁场强度求铁芯中的磁场强度H，以及铁

10、，以及铁芯的相对磁导率芯的相对磁导率 r 。NIm/AlNI32 lcIl dH内内r求铁芯的相对磁导率求铁芯的相对磁导率 r 。Sm HSomr =497HBro m=2.010-6 o=410-7H=32S=1.0 10-4 例题例题 一根长直同轴线由半径一根长直同轴线由半径 a的长导的长导线和套在它外面的内半径为线和套在它外面的内半径为b、外半径为外半径为c的同轴导体圆筒组成。中间充满磁导率的同轴导体圆筒组成。中间充满磁导率为为 的各向同性均匀非铁磁绝缘材料的各向同性均匀非铁磁绝缘材料,如图如图所示。传导电流所示。传导电流I沿导线向上流去沿导线向上流去,由圆筒向下流回由圆筒向下流回,设电

11、设电流在截面上都是均匀流在截面上都是均匀分布的。求同轴线内分布的。求同轴线内外的磁场强度外的磁场强度H和磁和磁感应强度感应强度B的分布。的分布。bcaoII解图题图 IIabc解解 由安培环路定理由安培环路定理:及及 B= H22 aIrHBoo rIHo2内bcaoII例题图r22raI ra: H= 2 r22 aIr H2 r 内oIldlH内0IdlHB=0)(22222bcrcrHBoo rHbra2:2IBHrrIHo2内IbcaoII例题图rrI2 rbrc: H= )()(2222bcbrI rHcr2:0=0 1. 高高 值值B= o r H= r Bo铸钢：铸钢： r =5

12、00 2200， 硅钢：硅钢： r =7000坡莫合金坡莫合金： r =105 因此因此,很小的电流就能在铁磁质中产生很强的磁场。很小的电流就能在铁磁质中产生很强的磁场。2.非线性非线性 相对磁导率相对磁导率 r 要随磁场的强弱发生要随磁场的强弱发生变化，因此变化，因此B 和和H 的关系是非线性的。的关系是非线性的。 作为信号传输器件时，如变压器铁芯，作为信号传输器件时，如变压器铁芯，要要尽量工作在线性段尽量工作在线性段，以减小信号的失，以减小信号的失真。真。BH图HB 11-8 铁铁 磁磁 性性铁、钴、镍和它们的合金铁、钴、镍和它们的合金(p104)3.有磁滞有磁滞有剰磁现象有剰磁现象 一般

13、说来，抗磁质和顺磁质在外磁场消失时，磁性也消一般说来，抗磁质和顺磁质在外磁场消失时，磁性也消失。但铁磁质不同，外磁场消失后，还会失。但铁磁质不同，外磁场消失后，还会保留部分磁性保留部分磁性，这，这就是就是磁滞磁滞现象。现象。Br剩磁剩磁 Hc 矫顽力矫顽力(使铁磁质中的磁使铁磁质中的磁场完全消失所需加的反向磁场的场完全消失所需加的反向磁场的大小大小) 不同铁磁质的磁滞回线的形不同铁磁质的磁滞回线的形状是不同状是不同,它们各具有不同的剩磁它们各具有不同的剩磁Br和矫顽力和矫顽力Hc。根据磁滞回线的根据磁滞回线的胖瘦可把铁磁质分为胖瘦可把铁磁质分为硬磁材料硬磁材料和和软磁材料软磁材料。-Hc图 磁

14、滞回线磁滞回线BrBH图图 硬磁材料的磁滞回线硬磁材料的磁滞回线图图 软磁材料的磁软磁材料的磁滞回线滞回线 硬磁材料的硬磁材料的磁滞回线显磁滞回线显得胖得胖(见图见图15-13),有较大的剩有较大的剩磁和矫顽力，常用来作永久磁和矫顽力，常用来作永久磁体、记录磁带或电子计算磁体、记录磁带或电子计算机的记忆元件。机的记忆元件。 软磁材料的软磁材料的磁滞回线磁滞回线比较瘦比较瘦(见图见图15-12),剩磁剩磁和矫顽力都很小，常用和矫顽力都很小，常用来作变压器和电磁铁的来作变压器和电磁铁的铁心。铁心。BH矩磁矩磁 例题例题 图示为三种不同的磁介质的图示为三种不同的磁介质的BH关系曲线，其中虚线表示的是关系曲线，其中虚线表示的是B= 0H 的的关系。关系。a、b、c各代表哪一类磁介质的各代表哪一类磁介质的BH关系曲线：关系曲线：a代表代表 的的BH关系曲线。关系曲线。铁磁质铁磁质b代表代表 的的BH关系曲线。关系曲线。c代表代表 的的BH关系曲线。关系曲线。顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质 抗磁质和顺磁质的抗磁质和顺磁质的B和和H间是线性关系间是线性关系,相对磁导率相对磁导率 r 与与1相差不大。在一般性相差不大。在一般性(精度要求不高精度要求不高)的问题中，可以把的问题中，可以把抗磁抗磁质和顺磁质的相对磁导率质和顺磁质的相对磁导率 r 看作是看作是1。BHabc例题图 对铁磁