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科汇 第九章 磁测量 9.1 概述 磁测量的任务 磁测量的任务可归纳为三类 对磁场和磁性材料的测量 分析物质的磁结构,观察物质在磁场中的各种效应. 在边缘学科领域中,利用磁场与其他物理量的关系,通过测量磁性来测出其他量. 基本的磁量:磁通Φ、磁感应强度B、磁场强度H、磁化强度M、磁矩m 磁量具 磁量具分类: 磁通量具:坎贝尔互感器 磁感应强度量具:永久磁铁和通电线圈 磁矩量具:椭球形永久磁铁或通电流螺线管 磁场的产生:永磁铁、通电线圈 9.2 基本磁规律和磁单位 磁感应强度B 磁场中长度△l,电流I,与磁场方向垂直的直导体所受力△F与磁感应强度B的关系为: 磁场强度H 磁场强度:与磁感应强度B的关系为: 一个辅助量。 磁导率μ:表征磁场中媒质的导磁性能 磁导率的单位 真空的磁导率 磁通Φ 磁通:穿过某截面S的磁感应强度向量B的通量 磁通的单位 磁力线,可以让磁场分布更形象 磁力线上切线方向即为该点磁场方向。磁力线不相交 与磁力线垂直单位面积上的磁力线数目与磁感应强度成正比。 均匀磁场:各点磁感应强度相等、方向相同 磁力线为均匀分布的平行直线 安培环路定律 真空磁场中的形式 在真空的磁场中,沿任一闭合路径磁感应强度向量的线积分值,等于穿过该闭合路径电流的代数和与真空磁导率 的乘积 存在导磁煤质时 又 所以 在磁场中,沿任一闭合回路磁场强度向量的线积分值,等于穿过该闭合路径电流的代数和 在两种不同煤质的分界面上,磁场强度的切线分量上是连续的 磁通连续性原理 穿过任意闭合面的磁通代数和恒等于零 ds方向是闭合面的外法线方向 穿过闭合面的磁通为负 穿出闭合面的磁通为正 穿进与传出磁通相等 磁力线是无头无尾的闭合曲线 两种不同媒质的分界面上,磁感应强度的法线分量连续 电磁感应定律 当穿过线圈的磁通链发生变化时,线圈中就产生感应电势 e的参考方向与磁通 符合右手螺旋定则 N为线圈的匝数 负号表明感应电势引起的电流总是企图阻止线圈中磁通的变化,这一规律常称为楞次定则 磁路 广义上讲,凡磁通通过的路径都称为磁路 工程,常把主磁通通过的路径,称为磁路 由铁磁材料和气隙构成的闭合路径 磁路定律(1) 无分支磁路 忽略漏磁情况下,认为通过任何截面的磁通相等 磁势 , 磁阻 ,磁导 磁路欧姆定律 磁压 适用于磁路中具有相同截面的任何一段 磁路定律(2) 有分支磁路 磁路的基尔霍夫第一定律:穿过闭合面的磁通代数和为零 穿出闭合面的磁通取正,反之取负 在磁路中不同的截面处的B不一定相同,不同的材料的磁导率不同,因此各段磁路的磁场强度H有所不同 根据H值对磁路分段 磁路的基尔霍夫第二定律 H与L方向一致取正,反之取负 I与L符合右手螺旋定则,则NI取正,反之取负 磁单位(1) 磁单位(2) 9.3 物质的磁性及分类 物质按磁性分类 物质的磁性能由分子电流产生 轨道磁矩:电子环绕原子核作轨道运动,产生的磁矩 自旋磁矩:电子围绕自身固有轴旋转,产生的磁矩 一般物质对外的宏观磁特性是中性的 处于外磁场时,要被外磁场磁化,表现出宏观磁特性 物质按磁性能分类 顺磁物质: 略大于 反磁物质: 略小于 铁磁物质: 相对磁导率(无量纲) 在工程上常把铁磁物质称为磁性材料或强磁物质,把顺磁物质与反磁物质称为非磁性材料或弱磁性物质 铁磁物质的磁化(1) 磁畴:没有外磁场的情况下,铁磁物质的自旋磁矩,可以在小范围内自发排列形成一个磁化区 磁畴是一个强大的内部磁场 对外宏观上仍为中性 外磁场作用下,磁畴排列朝向外磁场方向旋转,大大加大外磁场,使铁磁物质体现磁性。 磁畴由无序排列变为有序排列 铁磁物质的磁化(2) 铁磁物质的磁状态,一般用B-H曲线表征 实验电路 把待测磁性材料做成闭合环状 在环上均匀密绕磁化曲线圈N1,通过测量磁化线圈中的电流I,可以算出磁场强度H 在环上还绕有测试线圈N2,线圈N2接到冲击电流计。 当切断线圈N1中的电流I时,在线圈N2中要产生感应电势,可测出铁芯中的磁感应强度B 原始磁化曲线(1) 实验前,对试样进行去磁,使试样中的H和B都为零 磁中性状态, 从中性状态开始,逐渐增加电流I使H增加,同时测量对应与不同H下的磁感应强度B,然后逐点绘制出B-H曲线 原始磁化曲线(2) Oa段,起始磁化段 各磁畴略有偏转,B开始上升 ab段,线性段 磁畴翻转,B值迅速增大 bc段,膝部段 磁畴排列更有序,B增加变缓 C点以后,饱和段 磁畴无法更有序,B值不再增加 磁滞回线 如果从磁化曲
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