高二物理竞赛磁场中的磁介质课件

8.7.1磁介质8.7磁场中的磁介质磁介质——能与磁场产生相互作用的物质磁化——磁介质在磁场作用下所发生的变化（1）顺磁质（3）铁磁质（2）抗磁质根据的大小和方向可将磁介质分为三大类附加磁场磁导率——描述不同磁介质磁化后对外磁场的影响1.磁介质及其分类2.顺磁质与抗磁质的磁化分子磁矩轨道磁矩自旋磁矩——电子绕核的轨道运动——电子本身自旋等效于圆电流——分子电流(1)顺磁质及其磁化分子的固有磁矩不为零无外磁场作用时，由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同,产生的磁场互相抵消整个介质不显磁性。分子磁矩

有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向。

分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致，顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。(2)抗磁质及其磁化分子的固有磁矩为零在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩电子绕核的轨道运动外磁场作用下产生附加磁矩电子的附加磁矩总是削弱外磁场的作用。抗磁性是一切磁介质共同具有的特性。总与外磁场方向反向S3.磁介质中的高斯定理通过磁场中任一闭合曲面的总磁通量为零磁介质中的高斯定理

在稳恒磁场中，磁场强度矢量沿任一闭合路径的线积分（即环流）等于包围在环路内各传导电流电流强度的代数和，而与磁化电流无关。8.7.2磁介质中的安培环路定理

例1一长直螺线管，管内充满磁导率为μ的磁介质。电流强度为I。单位长度上的导线匝数为n。

求：管内的磁场强度和磁感应强度...............

由介质中安培环路定理解：例2一环形螺线管，管内充满磁导率为μ的顺磁质。环的横截面半径远小于环的半径。单位长度上的导线匝数为n。

求：环内的磁场强度和磁感应强度解：

例3一无限长载流圆柱体，通有电流I，设电流

I

均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为μ，柱外为真空。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。解：IR在分界面上H

连续,B

不连续IR1.磁化曲线装置：环形螺绕环;铁磁质Fe,Co,Ni及稀钍族元素的化合物，能被强烈地磁化实验测量B,如用感应电动势测量或用小线圈在缝口处测量；由得出曲线铁磁质的不一定是个常数，它是的函数8.7.3

铁磁质原理:

励磁电流I;

用安培定理得H初始磁化曲线.......矫顽力饱和磁感应强度磁滞回线剩磁2.磁滞回线B的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应。每个H对应不同的B与磁化的历史有关。磁滞回线--不可逆过程在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状会随之变化，称为磁致伸缩（10-5数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中大有作为。3.磁畴

根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的“交换耦合作用”，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，形成自发磁化达到饱和状态的微小区域。这些区域称为“磁畴”多晶磁畴结构示意图显示磁畴结构的铁粉图形纯铁硅铁钴三种铁磁性物质的磁畴Si-Fe单晶(001)面的磁畴结构箭头表示磁化方向临界温度(铁磁质的居里点)

每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。不同铁磁质具有不同的转变温度如：铁为1040K，钴为1390K，镍为630K

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。(3)有剩磁、磁饱和及磁滞现象。铁磁质的特性(2)有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强102~

104倍。(4)温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。(1)磁导率μ不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。

B

和H

不是线性关系。4.铁磁质的分类及其应用软磁材料作变压器的。纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（HdB面积小）。还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。(1)软磁材料(2)硬磁材料——作永久磁铁钨钢，碳钢，铝镍钴合金(3)矩磁材料——作存储元件Br=BS

，Hc不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，当+脉冲产生H>HC使磁芯呈+B态，则–脉冲产生H<–

HC