第17章 磁场中的磁介质.ppt

鞍山科技大学 姜丽娜 第三册 电磁学 第9章 磁场中的磁介质 鞍山科技大学 姜丽娜 鞍山科技大学 姜丽娜 §17.1 磁介质对磁场的影响 §17.2 原子的磁矩 §17.3 磁介质的磁化 §17.4 H的环路定理 §17.5 铁磁质 第17章 磁场中的磁介质 (magnetic medium in magnetic field) 1.磁介质:能影响磁场的物质称磁介质。 2.磁化:磁介质在磁场中呈现磁性的现象。 §17.1 磁介质对磁场的影响 磁介质发生磁化，产生附加磁场 B’ N S Bo B’ B Bo 外场 B’ 附加场 B磁介质中的场 实验发现：磁介质中的磁感应强度： 注意：?r只与磁介质的种类有关。 3.磁介质分类: 顺磁质 抗磁质 铁磁质 弱磁质 磁介质由大量分子或原子组成 分子内电子绕核旋转 分子电流 i i 磁矩 m= iS en 无外场Bo时，分子的磁矩排列杂乱无章， 有外场 Bo 时，分子磁矩沿外场转向，分子磁矩的矢量和 介质内分子磁矩的矢量和 Bo §17.3 磁介质的磁化 §17.2 原子的磁矩 从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向。 等效 分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流 Is， Is产生附加磁场 B’。 Is Bo ⊙ Bo B’ Is → B’ 影响磁场→ 磁化电流 Is 可产生附加磁场 B’ ，但无热效应，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，因此，磁化电流也称为束缚电流。 一、问题的提出 在真空中的安培环路定理中： 将其应用在磁介质中时，?I为所有电流的代数和； 如果求B需用磁化电流Is，不方便求。 §17-4.磁介质中安培环路定理 二、磁介质中的安培环路定理 磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路所包围的传导(自由）电流的代数和。 定义 ----磁场强度 ①. H 是为消除磁化电流的影响而引入的，它是一个辅助物理量。 几点说明 ②.若 磁场强度的单位安培/米，A/m 不一定环路上各点的H 为 0， 因为 H 是环路内、外电流共同产生的。 ③.若 不一定环路内无电流。 χm - ---- 磁化率 ④ 三、应用介质中安培环路定理解题方法 1.场对称性分析； 2.选取环路； 3.求环路内传导电流的代数和 ? Ic； 4.由 求 H； 由 求 B； 解： 由螺线管的磁场分布可知，管内的场各处均匀一致，管外的场为0； I B R H r 作 abcda 矩形回路，回路内的传导电流代数和为： 在环路上应用介质中的环路定理： a b c d 例题: 一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为? r 的均匀磁介质。导线圈内通电流I，求管内磁感应强度。 I B R H r a b c d 有 一、磁介质的磁化曲线 不同磁介质的磁化曲线不同 抗磁介质 铁磁介质 顺磁介质 B o §17-5 铁磁质 顺磁介质与抗磁介质的 B 与 H 具有线性关系，磁化曲线为直线，铁磁质B 与 H 无线性关系，磁化曲线为曲线。 二、铁磁质的特性 非线性: B 和H 不是线性关系。 磁导率μ不是一个常量， 2. 高μ值: 有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强 μr H 三、铁磁介质的磁化机制 磁畴 铁磁质内存在许多自发磁化的小区域，称为磁畴。 磁畴的大小、形状不一，磁畴的体积约为 10-12 m3 。 在无外磁场时，各磁畴排列杂乱无章，铁磁质不显磁性；在外磁场中，各磁畴沿外场转向，介质内部的磁场迅速增加，在铁磁质充磁过程中伴随着发声、发热。 Bo 随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加的速度变慢，最后外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到磁饱和状态。 磁饱和状态 H B o a b c d 起始磁化曲线 四、磁滞回线 观察当外磁场变化一个周期时，铁磁质内部的磁场变化曲线； 起始磁化曲线为 OC B H O C 当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化 —— 磁滞现象。 当外磁场为 0 时，介质中的磁场并不为 0，有一剩磁 Br ; 矫顽力——加反向磁场Hc，使介质内部的磁场为 0， 继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态； 改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。磁化曲线形成一条磁滞回线。 Br - Hc Hc 五、铁磁材料分类 1.软磁材料 磁滞回线细长，剩磁很小。 如：软铁、坡莫合金、铁镍合金等。 由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用