高中物理竞赛—电磁学篇(基础版)37磁介质(共24张PPT)

• 磁场强度与磁感应强度的关系 • 铁磁质
• 铁磁质的特性 磁畴
• 磁化曲线
磁滞回线 铁磁性材料
作业：
思考题： P198 1，2，3，4 习 题： P198 1，2，3，4 预 习： 12-1，12-2
B dl
AB
0Ii
0(NI
Is )
传导电流
2、分布电流（磁化电流）
r
圆电流①——没有贡献，在闭合路径之外 圆电流②——有贡献 圆电流③——无贡献，流出流入代数和为0
只有分子圆电流中心距直线AB的距离小
于r 的分子圆电流才对IS 有贡献。
m I r 2
I S n r 2 L I nmL
Idl
r
dB
4
1
r
3
Idl
r
dH
4
r3
三、安培环路定律的应用
计算有磁介质存在时的磁感应强度B •求出磁场强度H后 •由B=μH求磁感应强度B 。
例1、长直螺旋管内充满均匀磁介质
(μr)，设励磁电流I0，单位长度上的 匝数为n。求管内的磁感应强度。
解：因管外磁场为零，取如图所
示安培回路
I0
o
H
特点：Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。 用途：用于记忆元件，当+脉冲产生H>HC使磁芯呈+B态，则– 脉冲产生H< – HC使磁芯呈– B态，可做为二进制的两个态。
小结
• 磁介质、磁化强度 • 磁介质 磁介质的磁化 磁化强度
• 磁介质中的安培环路定理 磁场强度 • 磁介质中的安培环路定律
l H dl I
lH nlI0 H nI0
B 0r H 0rnI0
b B
c
B
I0
a d
例2、长直单芯电缆的芯是一根半径为R 的金属 导体，它与外壁之间充满均匀磁介质，电流从芯 流过再沿外壁流回。求介质中磁场分布。
解：取如图所示安培回路
l H dl I
I
I H
2 r
B
0r H
磁铁
12-1 磁介质、磁化强度
一、磁介质
1、什么是磁介质
能够磁化的物质称作磁介质。
2、磁介质的磁化
磁介质在磁场的作用所发生的变化——磁介质的磁化
真空中的磁感应强度为B0， 磁介质磁化而产生的附加磁场为B'，
磁感应强度为B，则
B B0 B
B ' 的方向，随磁介质的不同而不同。
3、磁介质的分类
S
0
S q0 0
P dS
S
l
(
B
0
M)
dl
I
B
H M
0
(0E P) dS q0
S
D 0E P
l H dl I
D dS q0
S
二、磁场强度与磁感应强度的关系
1、定义式
B
H M
0
B
0
H
M
2、磁场强度与磁感应强度的关系
磁化率
相对
M mH
实验规律
B 0
——磁感应强度比外磁场 的度要略小一点。
0B
B
Im
三、 磁化强度
1、引入：
用单位体积内的分子磁矩的矢量和来描述磁介质磁 化的程度。
2、定义：
磁介质中单位体积内的合磁矩的矢量和，称为磁化强度。
3、单位：
M
m
V
安培/米 (A/m)
4、说明：
•磁化强度是描述磁介质的宏观量
•与介质特性、温度与统计规律有关
三、磁滞回线
Br B
BS
B的变化落后于H的变化的现象，叫 做磁滞现象，简称磁滞
Hc
饱和磁感应强度BS： 所有磁畴都与外场方向一致。相应
Hc H
的磁场强度称为饱和磁场强度，磁
感应强度称为饱和磁感应强度。 •铁磁质在交变电流的励磁下反
剩磁Br：
复磁化使其温度升高的，要损
当磁场强度减小到零时，磁 失能量，称为磁滞损耗，磁滞
感应强度并不等于零，而是 损耗与磁滞回线所包围的面积
仍有一定的数值Br ， Br叫做 成正比。 剩余磁感应强度，简称剩磁。
•磁滞 现象是由于掺杂和内应
矫顽力HC： 当H=-Hc时，铁磁质的剩磁就 消失了，铁磁质不显磁性。
力等的作用，当撤掉外磁场时 磁畴的畴壁很难恢复到原来的 形状，而表现出来。
通常把Hc叫做矫顽力。
线所围的面积大，磁滞损耗大，磁滞
特性非常显著
例子：钨钢，碳钢，铝镍钴合金等。
o
H
应用：适合作永久磁铁，磁电式电表
中的永磁铁，耳机中的永久磁铁，永
磁扬声器。
B
2、非金属磁性材料——矩磁材料：
铁氧体，又叫铁淦氧，是由三氧化二 铁和其它二价的金属氧化物的粉末混 合烧结而成，常称为磁性瓷。如锰镁 铁氧体、锂锰铁氧体等
2020物理竞赛
磁介质
12-1 磁介质、磁化强度 12-2 磁介质中的安培环路定理
磁场强度 12-3 铁磁质
第十二章
磁场中的磁介质
讨论磁场和磁介质的相互作用：
•磁介质的三种类型： 顺磁质、抗磁质、铁磁质
•磁介质对磁场的影响
电流 磁
电流
•磁场强度、磁化强度及其规律 运动电荷
运动电荷
•铁磁质的特性
场
磁铁
•顺磁质M与B0同向，所以B '与B0同方向
•抗磁质
反向，所以
反方向
12-2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度
一、磁介质中的安培环路定律
1、问题：
长直螺线管
管中充满磁化强度为M 的各向同 性的均匀磁介质
线圈中的电流为I
计算螺线管内磁介质中的磁感应 强度。
取闭合回路ABCDA
分布电流
B dl l
四、铁磁性材料
1、金属磁性材料
B
软磁材料：
o
H
特点：相对磁导率和饱和B一般都较
大，但矫顽力小，磁滞回线的面积窄
而长，损耗小。易磁化、易退磁。
例子：如纯铁，硅钢坡莫合金，铁氧 体等。
应用：适宜制造电磁铁、变压器、交 流发电机、继电器、电机、以及各种 高频电磁元件的磁芯、磁棒等。
硬磁材料：
B
特点：剩磁和矫顽力比较大，磁滞回
H kmH
0 1 km H
磁导率
r 1 m
B 0r H H
顺磁质：кm>0，μr>1，M与B同向 抗磁质：кm<0，μr<1，M与B反向
绝对磁导率
3、引进磁场强度的物理意义
在磁介质中，磁场强度的环流为
l H dl I
在磁介质中，磁感应强度的环流为
B dl l
0r
I
毕一萨定律
0r I 2 r
方向沿圆的切线方向
R
I
r
B
12-3 铁磁质
铁磁质的特性：
1．在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度； 2．当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态； 3．B与H之间不是简单的线性关系； 4．铁磁质都有一临界温度。
在此温度之上，铁磁性完全消失而成为顺磁质—— 居里温度或居里点。
铁——10430C 镍——6300C 钴——13900C 铁磁质的起因可以用“磁畴”理论来解释。
P， H增加 ，B到饱和状态
N
•当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁 质的磁化就达到饱和状态。
M
O
•饱和磁化强度MS等于每个磁畴中原来 的磁化强度，该值很大，这就是铁磁质
磁性r大的原因。
P
B~H
H
•磁化曲线的重要
•根据B~H之间的关系，若已知一个量可求出另一个量。
•在设计电磁铁，变压器以及一些电气设备时，磁化曲线 是很重要的实验依据。
加外磁场：
•分子固有磁矩受外磁场的作用
•分子磁矩沿外磁场方向排列
B
•产生附加的磁场
3、抗磁质磁化机理——电子轨道在外磁场作用下发生变化
无外磁场： 分子中每个的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和不为零， 但分子的固有磁矩等于零，所以不显磁性。
加外磁场： 分子中电子的轨道运动将 受到影响
——引起与外磁场的方向 相反的附加的轨道磁矩 ——出现与外磁场方向相 反的附加磁场
M
m
nm
V
IS ML
M dl
AB
M dl
l
B dl l
0
NI
M dl
l
l
B
0
M
dl
NI
I
3、磁介质中的安培环路定律
H
B
M0磁场强度l H dl I磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任何闭合回路的 线积分，等于通过该回路所包围的传导电流的代数和。
二、磁化曲线
•装置：
环形螺绕环
•原理:
励磁电流 I；用安培定理得H
H NI
2 R
B
实验测量B。
BS
•磁化曲线：
铁磁质 很大，且随外
磁场而变化，B与H之
间为非线性关系。
o
( H) CS
B
A H
•初始磁化曲线：
O→M，H 增加，B 增加
B
M→N，H 变大，B 急剧增大，
N→P，H 增加，B增加，增加十分缓慢
一、磁畴
•概念：
铁磁质内的电子之间因自旋 引起的相互作用非常强烈， 在铁磁质内部形成了一些微 小区域，叫做磁畴。 每一个磁畴中，各个电子的 自旋磁矩排列得很整齐。
磁畴大小约为1017－1021个原 子/10-18米3。
•磁畴的显示：
磁畴的变化可用金相显微镜 观测
在无外磁场的作用下磁 畴取向平均抵消，能量 最低，不显磁性。