1、01 磁介质及其分类02 抗磁质和顺磁质的微观解释03 介质的磁化04 有磁介质时的安培环路定理05 铁磁质及应用5.6磁性材料及其应用0BBB 外加磁场外加磁场 介质产生的附加磁场介质产生的附加磁场 0BB 磁场对磁场中的物质的作用磁场对磁场中的物质的作用 在磁场中影响原磁场的物质在磁场中影响原磁场的物质外加磁场的作用下外加磁场的作用下介质分子的磁矩取向规则化，产生附加的磁场介质分子的磁矩取向规则化，产生附加的磁场 顺磁质0BB铝、锰、铬、铝、锰、铬、铂、氧等铂、氧等抗磁质0BB氯、铜、铋、氯、铜、铋、硫、氢、银等硫、氢、银等铁磁质0BB坡莫合金、坡莫合金、钕铁硼等钕铁硼等0BBB介质内的磁
2、场介质内的磁场安培安培1821年提出分子电流年提出分子电流 认识物质磁性的重要依据认识物质磁性的重要依据 原子中的电子绕核旋转原子中的电子绕核旋转 以及电子的自旋以及电子的自旋 形成的形成的“分子环流分子环流”每个分子电流都激发磁场每个分子电流都激发磁场无外场无外场 所有分子的磁矩矢量和为零，不呈现磁性所有分子的磁矩矢量和为零，不呈现磁性有外场有外场 分子的磁矩的矢量和不为零，产生附加磁场分子的磁矩的矢量和不为零，产生附加磁场磁化磁化 介质磁化程度？介质磁化程度？()mmpp：单位体积内分子的合磁矩来描述介质磁化程度：单位体积内分子的合磁矩来描述介质磁化程度在均匀磁介质中取体积元在均匀磁介质中
3、取体积元()mmppMV：M与外磁场与外磁场 方向一致方向一致0BM与外磁场与外磁场 方向相反方向相反0BV体积内分子磁矩的矢量和体积内分子磁矩的矢量和 介质的磁化介质的磁化 内部产生附加的磁场内部产生附加的磁场附加的磁场附加的磁场 可看作是介质表面上的等效电流产生的可看作是介质表面上的等效电流产生的 与磁矩对应的电流元在介质表面上形成一个大电流环与磁矩对应的电流元在介质表面上形成一个大电流环抗磁质表面磁化电流抗磁质表面磁化电流顺磁质表面磁化电流顺磁质表面磁化电流无介质时无介质时00BnI充满介质时充满介质时0BnIB0BjnI单位长度上的自由电流单位长度上的自由电流 单位长度上的磁化电流单位
4、长度上的磁化电流 _ 磁化电流面密度磁化电流面密度j0()BnIj0()BnIj实验表明实验表明在介质均匀充满磁场在介质均匀充满磁场 0rBB00BnI0rBnI 00()rnInIj(1)rjnI体积元体积元 V中分子的附加磁矩的矢量和中分子的附加磁矩的矢量和miip01rBB0mp B0BBB激发一个和外磁场方向相反的附加磁场激发一个和外磁场方向相反的附加磁场0rBB 氯、铜、铋、硫、银氯、铜、铋、硫、银01rBBmpmmpp 0BBB固有磁矩有一定的量值固有磁矩有一定的量值宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场Bimip体积元体积元 V中分子磁矩的矢
5、量和中分子磁矩的矢量和大多数顺磁质大多数顺磁质mp忽略不计忽略不计 铝、锰、铬、铂、氧、氮、铀铝、锰、铬、铂、氧、氮、铀0rBB000()LBdrNI0002BrNI002()BrNII 充满各向同性均匀磁介质充满各向同性均匀磁介质的环形螺线管的环形螺线管_r两式相比两式相比0rBB0(1)rINI 00()LB drNII00rLB drNI 001LrB drNI 0(1)rINI 矢量对回路的线积分矢量对回路的线积分 只和包围的自由电流有关只和包围的自由电流有关01rB 回路包围的自由电流回路包围的自由电流0NI0rBH 0intLH drI0rBHH 磁场强度矢量对任意闭合回路的线积分
6、磁场强度矢量对任意闭合回路的线积分 只和包围的自由电流有关只和包围的自由电流有关0intLH drI01rHB,一根半径为一根半径为R的金属导体单芯电缆，它和导电外壁之间的金属导体单芯电缆，它和导电外壁之间 充满相对磁导率为充满相对磁导率为 r的均匀介质。的均匀介质。现有电流现有电流I均匀地流过金属导体的横截面，并沿外壁流回。均匀地流过金属导体的横截面，并沿外壁流回。计算磁介质中的磁感应强度分布和介质表面的磁化电流计算磁介质中的磁感应强度分布和介质表面的磁化电流*自由电流分布具有轴对称性自由电流分布具有轴对称性 磁场强度和磁感应强度磁场强度和磁感应强度 分布具有轴对称性分布具有轴对称性0int
7、LH drI2HrI2IHr0rBH 02rIr 闭合回路闭合回路 半径半径r的圆的圆002BrI无介质无介质02()BrII有介质有介质0rBB(1)rII01rBB 在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场 外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态 具有磁滞现象，具有磁滞现象，B和和H之间不具有简单的线性关系之间不具有简单的线性关系 具有临界温度具有临界温度Tc 居里温度或居里点居里温度或居里点 在在Tc以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质 纯铁的居里点：纯铁的居里点：770C，纯镍：，纯镍：358
8、C 铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金 25/39 相邻铁原子中电子间存在非常强的交换耦合作用相邻铁原子中电子间存在非常强的交换耦合作用 使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来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形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域 温度较高时温度较高时 铁磁质中原子的热运动破坏了原子的交换作用铁磁质中原子的热运动破坏了原子的交换作用 磁畴全部被破坏，铁磁质转变为顺磁质磁畴全部被破坏，铁磁质转变为顺磁质 居里温度：纯铁为居里温度：纯铁为770C，纯镍为，纯镍为358C 磁体体内磁矩排列杂乱磁体体内磁矩排列杂乱任意物理
9、无限小体积内任意物理无限小体积内的平均磁矩为零的平均磁矩为零磁矩与外磁场同方向磁矩与外磁场同方向排列时的磁能最低排列时的磁能最低 自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位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这些磁畴体积逐渐扩大 自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积缩小自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积缩小 随着外磁场的不断增强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取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失30/39 留存的磁畴留存的磁畴 向外磁场的方向旋转向外磁场的方向旋转 继续增加磁场继续增加磁场 磁畴沿外磁场排列整齐磁畴沿外磁场
10、排列整齐 磁化达到饱和磁化达到饱和 铁芯中的铁芯中的B由磁通计上的次级线圈测出由磁通计上的次级线圈测出 铁芯中的铁芯中的H由励磁电流得到由励磁电流得到HnI H 较小较小 逐渐增大逐渐增大 H B 迅速增大迅速增大 H 增大到一定值后增大到一定值后 B 不再随着不再随着H的增大而增大的增大而增大 0rHBB 完全消除剩磁，必须加反向磁场完全消除剩磁，必须加反向磁场0cBHH 继续增加反向磁场，磁化达到反向饱和继续增加反向磁场，磁化达到反向饱和 cd35/39 铁磁体在交变磁场的作用下铁磁体在交变磁场的作用下 它的形状随之改变它的形状随之改变 反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象反向磁场减小到零，
11、同样出现剩磁现象 不断地正向或反向缓慢改变磁场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化曲线为一闭合曲线 abcdefaB的变化总落后于的变化总落后于H的变化的变化 210/cHA m矫顽力很小矫顽力很小 磁滞回线窄，所围的面积小磁滞回线窄，所围的面积小 磁滞损耗小，剩磁小磁滞损耗小，剩磁小 纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体，纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体，适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁、发动机的铁芯电动机、电磁铁、发动机的铁芯 矫顽力大，剩磁大，矫顽力大，剩磁大，磁滞回线宽，所围的面积大，磁滞回线宽，所围的面积大，磁滞损耗大。磁滞损耗大。磁化后能保持很强的磁性，磁化后能保持很强的磁性，适用制成各种类型的永久磁铁。适用制成各种类型的永久磁铁。磁滞回线接近于矩形磁滞回线接近于矩形 剩磁剩磁Br接近饱和值接近饱和值Bs 在不同方向磁场磁化后在不同方向磁场磁化后 总是处于总是处于BS和和-BS 两种剩磁状态两种剩磁状态39/39
