磁介质中的磁场2

会计学1磁介质中的磁场2

实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。

式中只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。磁场强度对比：第1页/共20页相对磁导率磁导率

值得注意：为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，B才是反映磁场性质的基本物理量。磁场强度对比：第2页/共20页

例1在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为，单位长度内匝数，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为和。求环内的磁场强度和磁感应强度。解：在环内任取一点，过该点作一和环同心、半径为的圆形回路。

式中为螺绕环上线圈的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。磁介质中的安培环路定理的应用第3页/共20页解：当环内是真空时当环内充满均匀介质时磁介质中的安培环路定理

例2在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为，单位长度内匝数，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为和。求环内的磁场强度和磁感应强度。第4页/共20页

例3

如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（导体≈

0

）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。解（1）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以r1为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有IIIR1R2r2r1r3磁介质中的安培环路定理YINYONG第5页/共20页（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2，则以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有

式中是该环路所包围的电流部分，由此得磁介质中的安培环路定理的应用第6页/共20页由B＝

H，得

（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r3，以r3为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得即或磁介质中的安培环路定理第7页/共20页与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。(4)具有临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质，Tc称为居里温度或居里点。不同的铁磁质有不同的居里温度Tc。纯铁：770ºC，纯镍：358ºC。(3)相对磁导率和磁化率不是常数，而是随外磁场的变化而变化；具有磁滞现象，之间不具有简单的线性关系。§8.9*铁磁质居里第8页/共20页AR12K接磁通计把未磁化的均匀铁磁质充满一螺绕环，如图：线圈中通入电流(励磁电流)后，铁磁质就被磁化。

根据有介质时的安培环路定理，当励磁电流为I时，环内的磁场强度：1.磁介质第9页/共20页AR12K接磁通计

铁芯中的B由磁通计上的次级线圈测出，这样，通过改变励磁电流，可得到对应的一组B和H的值，从而给出一条关于试样B~H的关系曲线（磁化曲线）。OHACBS磁介质第10页/共20页OHACBS

使励磁电流从零开始，此时B=H=0，然后逐渐增大电流，以增大H

。测得B与H的对应关系如图所示：

随H的增大，B先缓慢增大(OA段)，然后迅速增大(AB段)，过B点过后，B又缓慢增大(BC段)。

从S开始，B几乎不随H的增大而增大，介质的磁化达到饱和。与S对应的HS称饱和磁场强度，相应的BS称饱和磁感应强度。

根据，可以求出不同H值对应的r值，由此可见铁磁质B~H显著的非线性特点。磁介质第11页/共20页2.磁滞回线

当铁磁质达到饱和状态后，缓慢地减小H，铁磁质中的B并不按原来的曲线减小，并且H=0时，B不等于0，具有一定值，这种现象称为剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

要完全消除剩磁Br，必须加反向磁场，当B=0时磁场的值Hc为铁磁质的矫顽力。

当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线—磁滞回线。第12页/共20页

B的变化总落后于H的变化，称磁滞现象。

在反复磁化过程中能量的损失叫做磁滞损耗。缓慢磁化过程，经历一次磁化过程损耗的能量与磁滞回线包围的面积成正比。-HcdHc-BrefBrcbBHaO

铁磁体在交变磁化磁场的作用下，它的形状随之改变，叫做磁致伸缩效应。磁滞回线第13页/共20页3.磁畴单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图

在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为磁畴。第14页/共20页磁畴单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图

在没有外磁场作用时，磁体体内磁矩排列杂乱，任意物理无限小体积内的平均磁矩为零。第15页/共20页

在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化达到饱和。磁畴第16页/共20页BHOBHO

矫顽力很小(Hc<102A•m-1)，磁滞回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小。

软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等材料，适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁和发动机的铁芯。

矫顽力大，剩磁大、磁滞回线宽，所围的面积大，磁滞损耗大。4.软磁材料5.硬磁材料第17页/共20页

硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。磁化后能保持很强的磁性，适用于制成各种类型的永久磁铁。

矩磁材料的磁滞回线接近于矩形，特点是剩磁Br接近饱和值BS。BHO

压磁材料具有较强的磁致伸缩效应，常用于制造超声波发生器。硬磁材料

当矩磁材料在不同方向的外磁场磁化后，总是处于和两种剩磁状态，可作电子计算机的“记忆”元件。第18页/共20页

硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。磁化后能保持很强的磁