第九章-磁介质电磁学课件

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,*,第9章 磁场中的磁介质,一、磁介质磁化规律,二、有磁介质时磁场的计算,三、铁磁质,1,第9章 磁场中的磁介质一、磁介质磁化规律1,电极化现象,磁化现象,原因,原因,一、磁介质磁化规律,磁介质与磁场有相互作用的物质,(,所有物质,),。,磁介质的磁化规律可与电介质的极化规律对比：,2,电极化现象磁化现象原因原因一、磁介质磁化规律磁介质,-,-,-,+,+,+,(与,B,0,同向或反向),磁化电流,I,极化电荷,q,电极化,磁化,1.,磁介质的磁化,磁化现象,-外磁场 下,表面,磁化电流,I,磁性,I,磁介质对磁场的影响,3,-+(与B0同向或反向)磁化电流I极化电荷q电极,磁介质分类：顺磁质、抗磁质、铁磁质,顺磁质，,抗磁质，,铁磁质，,BB,0,(,铝、锰、铂）,BB,0,（,纯铁、硅钢）,磁介质对磁场的影响来源于其内部机制。,磁介质对磁场的影响,某些磁介质的相对磁导率见书,P 287,表,9.1,4,磁介质分类：顺磁质、抗磁质、铁磁质 顺磁质，抗,2.,原子的磁距,电子的磁矩,I,S,m,电子的轨道运动电流,轨道磁矩,电子轨道运动的角动量,电子轨道磁矩与轨道角动量的关系：,电子自旋磁矩和自旋角动量,S,的关系：,5,2.原子的磁距电子的磁矩ISm电子的轨道运动电流轨道磁矩电,2.,磁化原因,顺磁质的磁化,顺磁质分子有,固有的分子磁矩,（主要是电子,m,分,10,-23,Am,2,。,热运动使 完全,显现磁性。,方向,0,B,r,排列趋于,使,分,0,m,B,r,r,混乱，不显磁性。,轨道和自旋磁矩的贡献），,6,2.磁化原因 顺磁质的磁化 顺磁质分子有固有的分,抗磁质的磁化,抗磁质的分子固有磁矩为,0,。,不显磁性,附加磁矩,显示抗磁性,7,抗磁质的磁化抗磁质的分子固有磁矩为 0。不显磁性,磁化强度与磁化电流的关系,等于沿轴线单位长度上的磁化电流。,即磁化电流密度等于磁化强度沿该表面处的分量。,当磁化强度与介质表面不平行时,L,S,8,磁化强度与磁化电流的关系等于沿轴线单位长度上的磁化电流。,磁化强度的环流,磁化强度,M,沿闭合回路的线积分等于该回路包围的磁化电流代数和。,9,磁化强度的环流 磁化强度 M 沿闭合回路的线,二、有磁介质时磁场的计算,真空中,介质中,总磁场,为磁场强度，单位：安/米,式中：,为穿过回路的总电流,定义,1.H,的环路定理,10,二、有磁介质时磁场的计算真空中介质中总磁场为磁场强度，单,磁场强度 对回路,l,的线积分等于穿过该回 传导电流的代数和(有介质存在时的环路定理,)。,穿过回路传导电流代数和,对各向同性的顺磁质或抗磁质，有,磁化率,2.B,与,H,的关系,11,磁场强度 对回路 l 的线积分等于穿过,真空中,，由,得,或,若传导电流保持不变，则真空中和介质中的,相等，,故在介质中有,有介质时的高斯定律,3.,有介质时的高斯定律,12,真空中，由得或若传导电流保持不变，则真空中和介质中的相等，故,有介质存在时,B,的求法：,1,.,根据传导电流的分布，分析磁场的对称性；,2,.,选取合适的积分环路，使,H,从积分号提出来；,3,.,计算传导电流代数和，由,H,环路定理求出,H；,4,.,根据,B,与,H,的关系求,B。,13,有介质存在时B的求法：1.根据传导电流的分布，分析磁场的对,例1,一铁环中心线周长=30,cm,横截面,S=1.0cm,2,环上密绕,N=300,匝的线圈,当导线中电流,I=32mA,时,通过环截面的磁通,=210,-6,wb,试求铁芯的磁化率,X,m.,解,做一个环路,abcda,a,b,c,d,分析：,H,B,14,例1 一铁环中心线周长=30cm,横截面S=1.0cm2,例,2,一细螺绕环，它由表面绝缘的导线在铁环上密绕而成，每厘米绕10匝。,I=2A,时，测得环内,B,为1.0,T，,则铁环的相对磁导率,r,为,(A),796,(B),398,(C),199,(D),63.3,15,例2 一细螺绕环，它由表面绝缘的导线在铁环上密绕而成，每厘,例,3,同轴电缆由一导体圆柱(半径为,a),和同轴导体园管(内外半径为,b、c),构成，二者之间充满,磁介质，,电流,I,从导体圆柱流去，从导体管流回，求磁感应强度分布。,解 电流轴向分布，磁力线为同心圆。,选磁力线为积分环路,对所有磁力线环路成立,16,例3 同轴电缆由一导体圆柱(半径为a)和同轴导体园管(内,闭合环路包围的传导电流,17,闭合环路包围的传导电流17,18,18,19,19,(1),起始磁化曲线,(2),曲线,r,随,H,变化,三、铁磁质,1.,铁磁质的磁化特性,B=,H,=,0,r,恒量,可以很大,H,时,B,饱和,B,s,20,(1)起始磁化曲线(2)曲线 r 随H变化三、,(3),磁滞回线,当温度高到某一特定温度值时,铁磁材料的所有特性消失而成为顺磁质,这一临界温度叫作,居里点,。,铁磁质中,B,的变化总是落后于外加磁场,H,变化,即,H=0,时,B,0,的剩磁现象称为,磁滞,现象。,退掉剩磁需要矫顽力。,磁滞回线说明铁磁质的,B,与,H,的关系是非线性的,与磁化历史有关.,B,r,:,剩磁,H,c,:,矫顽力,21,(3)磁滞回线 当温度高到某一特定温度值时,2.,铁磁质的磁化机理 磁畴理论,当 时，,(1),磁畴,在磁介质内形成的一个个微小的自发磁化区域。在每个小区域内,原子磁矩排列整齐,取向相同,因而具有很强磁性。,(2),磁畴理论,磁畴取向杂乱无章,不显磁性.,当 时，,每个磁畴的磁矩都沿,B,0,方向,宏观上显示很强的附加磁场。,22,2.铁磁质的磁化机理 磁畴理论当,各种材料磁畴线度相差较大：,磁畴体积约为,10,-6,(mm),3,，,一个磁畴中约有,10,12,10,15,个原子。,磁畴磁矩沿某个,易磁化方向,(direction of easy,所有的磁畴为什么不形成一个磁化整体呢？,N,S,N,S,静磁能高,交换能低,N,S,S,N,静磁能低,交换能高,矛盾因素协调平衡，才使铁磁体整体能量最低。,从,10,-3,m,到,10,-6,m,，,一般为,10,-4,10,-5,m,，,magnetization),排列。,易磁化方向,由晶体结构决定。,23,各种材料磁畴线度相差较大：磁畴体积约为10-6(mm)3，一,3.,硬磁和软磁材料,硬磁材料,（,hard magnetic material,）,特点：,磁滞损耗大，,适合制作永久磁铁、,碳钢、钨钢,H,H,c,B,B,B,r,也大，,磁芯（记忆元件）等。,H,c,大,（,10,2,A/m,），,一般,H,c,为,10,4,-,10,6,A/m,，,一般为,10,3,-,10,4,G,。,磁滞回线“胖”，,24,3.硬磁和软磁材料 硬磁材料（hard magnet,“矩磁材料”,B,B,r,H,c,H,-,H,c,-,B,r,B,r,-,B,r,“,0”,“,1”,可作记忆元件,25,“矩磁材料”BBrHcH-Hc-BrBr-Br“0”“1”,软磁材料（,soft magnetic material,）,H,c,小（,10,2,A/m,），,磁滞回线“瘦”，,磁滞损耗小，,适于制作交流电磁铁、变压器铁芯等。,纯铁、硅钢,H,B,H,c,B,r,坡莫合金,(Fe78%,、,Ni 22%),用于电子设备,H,B,B,r,H,c,特点：,一般约,H,c,为,1A/m,。,26,软磁材料（soft magnetic material,3.,居里点（,Curie point,）,（自发磁化减弱）,（磁畴瓦解，表现顺磁性）,T,c,是失去铁磁性的,临界温度,，称“,居里点,”。,Fe,：,T,c,=767,Ni,：,T,c,=357,Co,：,T,c,=1117,27,3.居里点（Curie point）（自发磁化减弱）（磁畴瓦,4.,磁致伸缩,磁致伸缩。,长度相对改变约,10,-5,量级，,温下可达,10,-1,；,某些材料在低,磁致伸缩有一定固有频率，,化频率和固有频率一致时，发生共振，,当外磁场变,可用于制作激振器、超声波发生器等。,28,4.磁致伸缩 磁致伸缩。长度相对改变约10-5量级，温,静电场与稳磁场比较,静电场,稳恒磁场,场源,静止电荷,dq,定常运动电荷,稳定电流,Idl,场力,静电力,稳流导线互作用,运动电荷互作用,电场强度,E,磁感应强度,B,库仑定律,安培力定律,典型场源,电偶极子,圆电流,基本规律,物理量,小结,29,静电场与稳磁场比较静电场稳恒磁场场源静止电荷dq定常运动电荷,静电场,稳恒磁场,通量,高斯定律,真空中：,介质中：,真空中：,介质中：,电力线:有源有尾,磁感应线:闭合线,场本质,有源场,无旋场,有旋场,无源场,全部电荷代数和,自由电荷代数和,30,静电场稳恒磁场通量高斯定律真空中：介质中：真空中：介质中：电,静电场,稳恒磁场,场环流,介质,两种极化机制，,多种磁化机制，,束缚电荷，,分子电流,介质中,环流定理,31,静电场稳恒磁场场环流介质两种极化机制，多种磁化机制，束缚电荷,电场与磁场是统一体,电荷相对静止,电场,电荷相对运动,磁场,1.运动观点:静止是相对的,运动是绝对的,电磁场是统一体.,运动电荷产生电磁场,2.物质结构:导体和介质,极化和磁化机制,定 量 描 述,对定理影响,束缚电荷和分子电流,极化强度和磁化强度,介质方程,32,电场与磁场是统一体电荷相对静止电场电荷相对运动磁场 1.,精品课件,！,33,精品课件！33,精品课件,！,34,精品课件！34,作业:,P313-6,、,7,、,8,、,9,35,作业:35,