第12章磁介质中的恒定磁场学案.pptVIP

磁介质中的恒定磁场 P.*/55 质点运动学 第12章 磁介质中的恒定磁场 12.1 磁介质及其磁化 12.2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 12.3 铁磁质 内容提要 12.1 磁介质及其磁化 12.1.1 磁介质及其分类 1. 磁介质—— 任何实物都是磁介质 电介质放入外场 磁介质放入外场 —— 相对磁导率 反映磁介质对原磁场的影响程度 如：真空螺线管的磁场： 则，介质螺线管的磁场： 令 ——磁导率 2. 磁介质的分类 顺磁质 抗磁质 减弱原场 增强原场 如 锌、铜、水银、铅等 如 锰、铬、铂、氧等 弱磁性物质 顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1. 铁磁质 通常不是常数 具有显著的增强原磁场的性质 ——强磁性物质 超导材料 ?r = 0 B=0 完全抗磁性 12.1.2 分子磁矩和分子附加磁矩 原子中电子的轨道磁矩 电子的自旋磁矩 电子自旋磁矩与轨道磁矩有相同的数量级 1. 分子磁矩 —— 所有电子磁矩的总和 抗磁质 无外场作用时,对外也不显磁性 顺磁质 无外场作用时,由于热运动,对外不显磁性 2. 分子附加磁矩 电子轨道半径不变 当外场方向与分子磁矩方向相反时 当外场方向与分子磁矩方向相同时 在外场作用下，电子产生附加的转动，从而形成附加磁矩 ，附加磁矩总是与外场方向 相反，即产生一个与外场反向的附加磁场 . 结论 12.1.3 顺磁质和抗磁质的磁化 将顺磁质放入外场 分子环流在外场作用 下，产生取向转动， 磁矩 将转向外场方向 ——宏观上产生附加磁场 . 1. 顺磁质磁化 在外场作用下，分子磁矩要转向，同时每个分 子中的所有电子也都产生附加磁矩 则磁介质产生附加磁场: 与外场方向相同 2. 抗磁质磁化 在外场作用下，每个分子中的所有电子都产生附 加磁矩 则磁介质产生附加磁场: 与外场方向相反 12.1.4 磁化强度矢量与磁化电流 ——反映磁化程度强弱的物理量. 定义：磁化强度为单位体积内分子磁矩的矢量和. 单位：安培·米-1 1. 磁化强度 2. 磁化电流 以无限长螺线管为例 顺 磁 质 在磁介质内部的任一小区域： 相邻的分子环流的方向相反 在磁介质表面处各点： 分子环流未被抵消 形成沿表面流动的面电流 ——磁化电流 (1) 介质中磁场由传导电流和磁化电流共同产生. 说明 (2) 磁化电流是分子内电荷运动一段段接合而成, 不同于传导 电流的电荷定向运动, 又称束缚电流, 其磁效应与传导电 流相当, 但不产生热效应. 可证明: 12.2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 12.2.1 磁介质中的高斯定理 磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾 的闭合曲线. ——磁介质中的高斯定理 对于任意闭合曲面S 12.2.2 磁介质中的安培环路定理 顺 磁 质 用磁化强度描述磁化电流项 定义磁场强度 ——磁介质的安培环路定理 磁介质内磁场强度H沿任一闭合回路的环流, 等于闭合回路所包围并穿过的传导电流的代数和. 表明： 讨论 对于各向同性磁介质，在外磁场不太强的情况下： 由 介质相对磁导率 介质磁导率 在真空中： —— 介质的磁化率 一无限长载流直导线，其外包围一层磁介质，相对磁导率 例： 求： 解： 根据磁介质中的安培环路定理 磁介质中的磁场强度和磁感应强度. 12.3 铁磁质 12.3.1 铁磁质的特点 1. 相对磁导率?r 1：一般可达102－104, 最高可达106. 2. 非线性： B和H呈非线性关系, 单值关系, ?非恒量. 3. 磁滞现象：B的变化落后于H的变化. 4. 存在居里点：临界温度时, 失去铁磁性成为顺磁质. 铁：Tc=1040K 镍：Tc=631K 12.3.2 铁磁质的起始磁化曲线 磁滞回线 实验：铁磁质芯的螺线管，通以电流 I. 改变 I，测量 H 值和 B 值，画出B—H曲线. Oa：起始磁化曲线 Hs：饱和磁场强度 Br：剩余磁感应强度 Hc：矫顽力 磁滞现象： 磁感应强度B变化跟不上磁场强度H的变化. 磁滞损耗： 材料热效应大小与磁滞回线面积成正比. -Hs Hs O a b c d e f H B 铁磁材料按磁滞回线分类 B H O B H O 软磁材料 磁滞损耗小,容易磁化,容易退磁,适用于交变磁场. 如制造电机,变压器等的铁芯 硬磁材料