磁化强度和磁化电流

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,12-2,磁化强度、磁化电流,一、用磁化强度来描写磁化的强弱。,1.,定义：单位体积内分子磁矩的矢量和,对顺磁质，,p,m,可以忽略；对于抗磁质，,p,m,0,，对于真空，,M,0,。,2.,磁化强度随磁场增强而增大,对顺磁质、抗磁质均如此,单位：,A/m,二、介质表面出现磁化电流,顺磁质,抗磁质,二、磁化电流,磁化面电流,单位体积磁矩,则该段磁介质中总的磁矩为,磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积的总磁化电流。,12-3,磁介质中的磁场 磁场强度,有磁介质后，空间任一点的磁场,B,0,-,传导电流产生的磁场,B -,磁化电流产生的磁场,出现,“,欲求,B,需先知道,B”,的问题，为此,引入一辅助的物理量：磁场强度。,在磁场中任取一环路,L,，它套住的电流,有：传导电流和磁化电流。由安培环路定理：,其中：,I,为传导电流，,I,S,为磁化电流,又因,安培环路定理可写成,令磁场强度,表明：磁场强度矢量的环流和传导电流,I,有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是,A/m,.,磁介质中的安培环路定理：,磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。,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。,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，才是反映磁场性质的基本物理量。,的关系,为介质的磁化率,均匀磁介质,非均匀,顺磁质,无磁质,其中：,磁导率,抗磁质,相对磁导率,有磁介质时磁场的计算,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。,例,12-2,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,I,，单位长度内匝数,n,，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,r,。求环内的磁场强度和磁感应强度。,解：,当环内是真空时,当环内充满均匀介质时,例,12-2,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,I,，单位长度内匝数,n,，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,r,。求环内的磁场强度和磁感应强度。,例,12-3,如图所示，一半径为,R,1,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,R,2,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,r,1,，以,r,1,为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有,I,I,I,R,1,R,2,r,2,r,1,r,3,（,2,）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是,r,2,，则以,r,2,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,由,B,H,，得,（,3,）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是,r,3,，以,r,3,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,12-5,铁磁质,一、铁磁质的特征,1.,r,1,，,产生特强附加磁场,B,；,2.,r,与磁化的过程有关，,关系为非线性，即,不是常量，与,H,有复杂的函数关系；,3.,磁滞现象，,H,随外场而变，它的变化落后于外磁场的变化，外场消失后，磁性仍能保持；,4.,居里温度，一定的铁磁材料存在一特定的临界温度，称为居里点，当温度在居里点以上时，它们的磁导率和磁场强度,H,无关，这时铁磁质转化为顺磁质。,二 、磁化曲线,B,H,和,H,曲线是非线性关系,H,曲线也叫,起始磁化曲线,max,饱和磁感强度,O,M,N,P,O,O,三、磁滞回线,由于磁滞，,当磁场强度减小到零（即,H=0,）时，,磁感强度,B0,，而是仍有一定的数值,B,r,，,叫做剩余磁感强度,(,剩磁,),。,当外磁场由,+H,m,渐减小时，磁感强度,B,并不沿起始曲线,0P,减小，而是沿,PQ,比较缓慢的减小，这种,B,的变化落后于,H,的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞。,随着反向磁场的增加，逐渐减小，当,H=-H,c,时，等于零，剩磁消失，,H,c,叫做矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力。,磁滞效应损耗能量与磁滞回线的面积成正比,铁磁质的磁滞现象,铁磁质磁化的磁滞现象动画示意,I,B,H,铁,磁,质,霍耳器件探头,螺线环,0,-,+,高斯计测,B,电流计测,I,H,I,(,),8,0,-,+,饱和,剩磁,矫顽力,铁磁质磁化微观机制,用金相显微镜观察到,抛光钢材样品表面上铁,粉在磁畴边界上聚集,.,铁磁质的磁化微观机制,磁 畴,铁磁质的自发,磁化小区域,(,由电子自旋磁矩引起,),用偏振光显微镜观察,到的石榴石单晶磁性薄,膜的迷宫式磁畴,.,铁磁质的磁化微观机制（续）,各磁畴磁化方向混乱，整体不显磁性,.,畴壁运动,磁畴的自发磁化方向与外场方向相同或相近的磁畴体积扩大,反之缩小,.,磁畴壁发生运动,.,磁畴转向,磁畴的自发磁化方向转向外场方向,.,饱和,全部磁畴方向均转向外场方向,.,磁滞现象及剩磁,是因磁化时磁畴相互摩擦发热,使过程不可逆,.,H,0,H,H,H,H,铁磁质的居里点,铁磁质的居里点,铁磁质被加热达到某一临界温度 时,便会失去自己的特性而成为顺磁质,.,这一临,界温度称为,居里点,c,T,.,钴 铁 镍,1413K1042K631K,常见的铁磁材料,H,B,O,H,B,O,H,B,O,软磁材料,硬磁材料,矩磁材料,矫顽力小,易充，退磁,.,如纯铁，硅钢等,.,用于电机，变压器,继电器等的铁芯,.,矫顽力大,剩磁也大,.,如锰镁铁氧体等,用于电磁仪表，扬声,器等的永久磁铁,.,剩磁值接近饱和值,.,如碳钢，钡铁氧体等,.,两剩磁态可控翻转,用于计算机儲存元件,.,