磁介质的磁化磁化电流磁化强度课件

第第9章章 磁介质磁介质 1 磁介质及其分类磁介质及其分类 2 有磁介质时磁场的规律有磁介质时磁场的规律 3 铁磁质铁磁质1第9章 磁介质11 磁介质及其分类磁介质及其分类一、磁介质的分类一、磁介质的分类二、二、磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化电流磁化电流三、磁化强度三、磁化强度21 磁介质及其分类2介质的相对磁导率介质的相对磁导率顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质1 磁介质及其分类磁介质及其分类一、磁介质的分类一、磁介质的分类介质对场有影响介质对场有影响 总场是总场是传导电流产生传导电流产生与介质有关的电流产生与介质有关的电流产生在介质均匀充满在介质均匀充满磁场的情况下磁场的情况下3介质的相对磁导率顺磁质1 磁介质及其分类传导电流产生与介质二、二、磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化电流磁化电流1.分子电流分子电流 分子磁矩分子磁矩 磁偶极子磁偶极子每个分子等效一个圆电流每个分子等效一个圆电流顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质磁畴磁畴轨道角动量轨道角动量对应的磁矩对应的磁矩自旋角动量自旋角动量对应的磁矩对应的磁矩铁磁质铁磁质4二、磁介质的磁化 磁化电流顺磁质磁畴轨道角动量对应的磁2.磁化的微观解释磁化的微观解释1)顺磁性顺磁性方向与方向与 方向相同方向相同2)抗磁性抗磁性分子中电子轨道角动量的旋进分子中电子轨道角动量的旋进电子轨道磁矩受磁力矩方向电子轨道磁矩受磁力矩方向垂直纸面向内垂直纸面向内轨道角动量绕磁场旋进轨道角动量绕磁场旋进电子附加一个与磁感电子附加一个与磁感强度相反的磁矩强度相反的磁矩(只有顺磁质、铁磁质才具有顺磁性只有顺磁质、铁磁质才具有顺磁性)(所有介质均具有抗磁性所有介质均具有抗磁性)52.磁化的微观解释方向与 方向相同2)抗磁性电子轨3.磁化电流磁化电流由于分子磁矩的取向一致由于分子磁矩的取向一致 考虑到它们相对应的考虑到它们相对应的分子电流分子电流如如 长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质将长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质将被均匀磁化被均匀磁化均匀磁场均匀磁场螺线管截面螺线管截面视频安培视频安培表面电流表面电流63.磁化电流均匀磁场螺线管截面视频安培表面电流6三、磁化强度三、磁化强度 1.磁化强度磁化强度2.磁化强度与磁化电流的关系磁化强度与磁化电流的关系极化强度极化强度对比电介质对比电介质7三、磁化强度2.磁化强度与磁化电流的关系极化强度对比电介质7 推导：推导：L i分分 S磁介质磁介质S分分放大放大穿过穿过L所围曲面所围曲面 S 的磁化电流的磁化电流则套住则套住 dl 的分子电流：的分子电流：设分子浓度为设分子浓度为 n，8 推导：Li分S磁介质S分放大穿过L所围曲面S 的磁化介质表面磁化电流密度：介质表面磁化电流密度：选选磁化面电流密度磁化面电流密度9介质表面磁化电流密度：选磁化面电流密度93.磁化规律磁化规律各向同性线性磁介质各向同性线性磁介质介质的介质的磁磁化率化率对比对比 电介质电介质极极化率化率103.磁化规律介质的磁化率对比 电介质极化率102 有磁介质时磁场的规律有磁介质时磁场的规律 一、一、有介质时的环路定理有介质时的环路定理 二、二、环路定理的应用举例环路定理的应用举例 三、三、磁场的界面关系磁场的界面关系 *静磁屏蔽静磁屏蔽112 有磁介质时磁场的规律11一、有介质时的环路定理一、有介质时的环路定理考虑到磁化电流（考虑到磁化电流（1）式则需加以修正）式则需加以修正12一、有介质时的环路定理考虑到磁化电流（1）式则需加以修正12设：设：I0 传导电流传导电流I 磁化电流磁化电流磁磁介介质质I 定义定义I0L13设：I0 传导电流I 磁化电流磁介质I定义I0L得：得：H 的单位：的单位：真空：真空：奥斯特奥斯特 Oe（SGSM），），A/m（SI）；）；磁场强度磁场强度的环路定理的环路定理14得：H 的单位：真空：奥斯特 Oe（SGSM），A/m（各向同性线性磁介质各向同性线性磁介质 磁导率磁导率令令则有则有将将代入代入得得对比对比各向同性线性各向同性线性电介质电介质15各向同性线性磁介质 磁导率令则有将代入得对比各向同性线性电二、环路定理的应用举例二、环路定理的应用举例例例1介质中闭合回路介质中闭合回路L所套连的磁化电流为：所套连的磁化电流为：证：证：L任取任取 且可无限缩小且可无限缩小故故 I0=0 处处 I =0 L磁磁介介质质无传导电流处无传导电流处 也无磁化电流也无磁化电流证明在各向同性均匀磁介质内证明在各向同性均匀磁介质内16二、环路定理的应用举例例1介质中闭合回路L所套连的磁化电流为例例2 一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，求：磁介质内的求：磁介质内的解：解：取回路如图，设总匝数为取回路如图，设总匝数为N细螺绕环细螺绕环17例2 一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，求：磁介质内的解代入数据代入数据18代入数据18讨论：讨论：设想把这些磁化面电流也分成每米设想把这些磁化面电流也分成每米103匝，相当于分到每匝有多少？匝，相当于分到每匝有多少？2(A)充满铁磁质后充满铁磁质后19讨论：设想把这些磁化面电流也分成每米103匝，相当于分到每匝三、三、磁场的界面关系磁场的界面关系 *静磁屏蔽静磁屏蔽由由可得可得 B1n=B2n (1)设界面无传导电流，设界面无传导电流，由由可得可得 H1t=H2t (2)即即(2)12 1 212 1 220三、磁场的界面关系 *静磁屏蔽由可得 B1n 在在 1很大的介质很大的介质1中，中，线几乎平行界面，线几乎平行界面，这就是铁磁质中这就是铁磁质中 线沿铁芯延续的情形线沿铁芯延续的情形若若，则则，当当时时，1 2 1 2 1 2 2 1 90 221在1很大的介质1中，线几乎平行界面，这就是铁磁质中B内内R2R1铁管（铁管（板板面）面）*静磁屏蔽静磁屏蔽计算表明：计算表明：t=1cm时，时，k=0.5%。屏蔽系数屏蔽系数若若 t=0.1cm时，时，k=5%；则则 精密探头、显象管精密探头、显象管都需要磁屏蔽都需要磁屏蔽22B内R2R1铁管（板面）*静磁屏蔽计算表明：t=1c3 铁磁质铁磁质一、铁磁质的宏观性质一、铁磁质的宏观性质二、铁磁性起因二、铁磁性起因三、磁致伸缩三、磁致伸缩233 铁磁质23一、一、铁磁质的宏观性质铁磁质的宏观性质1.r 1 可使原场大幅度增加可使原场大幅度增加2.r与磁化历史有关与磁化历史有关 B-H 非线性非线性装置装置起始磁化曲线起始磁化曲线24一、铁磁质的宏观性质1.r 1 可使原3.磁滞现象磁滞现象-剩磁剩磁-矫顽力矫顽力去磁？去磁？视频磁滞回线视频磁滞回线253.磁滞现象-剩磁-矫顽力去磁？视频磁滞回线24.居里温度居里温度二、铁磁性起因二、铁磁性起因 量子理论量子理论 磁畴磁畴-电子的自旋磁矩可以不靠磁场而取得电子的自旋磁矩可以不靠磁场而取得一致的方向。各种材料磁畴的线度相差较大。一致的方向。各种材料磁畴的线度相差较大。一个磁畴中约有一个磁畴中约有1012-1015个原子。个原子。居里点居里点顺磁质顺磁质铁铁 767 0C镍镍 357 0C演示巴克演示巴克豪森现象豪森现象演示居演示居里温度里温度264.居里温度二、铁磁性起因 居里点顺磁质铁 767 0C镍三、磁致伸缩三、磁致伸缩 磁致伸缩磁致伸缩长度相对改变约长度相对改变约10-5量级量级温下可达温下可达10-1某些材料在低某些材料在低磁致伸缩有一定固有频率磁致伸缩有一定固有频率化频率和固有频率一致时化频率和固有频率一致时 发生共振发生共振当外磁场变当外磁场变可用于制作激振器、超声波发生器等可用于制作激振器、超声波发生器等27三、磁致伸缩 磁致伸缩长度相对改变约10-5量级温下可达1 根据现代理论，铁磁质相邻原子的根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的电子之间存在很强的“交换耦合作用交换耦合作用”使得在无外磁场作用时使得在无外磁场作用时 电子自旋磁矩电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列能在小区域内自发地平行排列 形成自形成自发磁化达到饱和状态的微小区域发磁化达到饱和状态的微小区域 这些这些区域称为区域称为“磁畴磁畴”用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化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过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点 1892年罗辛格首先提出年罗辛格首先提出 磁畴的形成磁畴的形成是由于磁偶极子间非磁性的相互作用是由于磁偶极子间非磁性的相互作用 *深入认识深入认识磁畴磁畴 根据现代理论，铁磁质相邻原子的 用 1926年海森堡用量子力学中的交换力解年海森堡用量子力学中的交换力解释了磁偶极子间相互作用的起源释了磁偶极子间相互作用的起源 1926年海森堡用量子力学中的交换力解 1935年年 朗道和栗佛希兹从磁场能量的朗道和栗佛希兹从磁场能量的观点说明了磁畴的成因观点说明了磁畴的成因 1935年 朗道和栗佛希兹从磁场能量的纯铁纯铁硅铁硅铁钴钴磁畴磁畴纯铁硅铁钴磁畴Si-Fe单晶单晶(001)面的面的磁畴结构磁畴结构箭头表示箭头表示磁化方向磁化方向0.1mmSi-Fe单晶箭头表示0.1mm单晶磁畴结构单晶磁畴结构 示意图示意图多晶磁畴结构多晶磁畴结构 示意图示意图单晶磁畴结构多晶磁畴结构磁滞损耗磁滞损耗 在交变电磁场中在交变电磁场中 铁磁质的反复磁化铁磁质的反复磁化将引起介质的发热将引起介质的发热 称为磁滞损耗称为磁滞损耗 实验和理论都可以证明实验和理论都可以证明 磁滞损耗和磁磁滞损耗和磁质回线所包围的面积成正比质回线所包围的面积成正比 BH磁滞损耗 在交变电磁场中 铁磁质的反复磁化 磁性材料：磁性材料：软磁材料软磁材料BH 应用：硅钢片应用：硅钢片 作变压器、电机、电磁作变压器、电机、电磁铁的铁芯铁的铁芯 铁氧铁氧体（非金属）作体（非金属）作高频线圈的磁芯高频线圈的磁芯材料材料 特点：磁导率大特点：磁导率大 矫顽力小矫顽力小 容易磁化容易磁化也容易退磁也容易退磁 磁滞回线包围面积小磁滞回线包围面积小 磁滞损磁滞损耗小耗小磁性材料：软磁材料BH 应用：硅钢片 作变压器 特点：剩余磁感应强度大特点：剩余磁感应强度大 矫顽力大矫顽力大 不不容易磁化容易磁化 也不容易退磁也不容易退磁 磁滞回线宽磁滞回线宽 磁磁滞损耗大滞损耗大硬磁材料硬磁材料应用：作永久磁铁应用：作永久磁铁 永磁喇叭永磁喇叭BH 特点：剩余磁感应强度大 矫顽力大 不硬磁材料应 应用：作计算机中的记忆元件应用：作计算机中的记忆元件 磁化时极磁化时极性的反转构成了性的反转构成了“0”与与“1”矩磁材料：矩磁材料：BH特点：磁滞回线呈矩形状特点：磁滞回线呈矩形状第第6章结束章结束 应用：作计算机中的记忆元件 磁化时极矩磁材料：B