磁路、磁场基础知识

磁路、磁场补充基础知识
三 . 硬磁和软磁材料
1. 硬磁材料 （hard magnetic material）
Hc大（>102A/m），一般Hc 为104-106A/m，
B
Br 也大， 一般为103-104 G。
B
特点：磁滞回线“胖”，
Hc H
磁滞损耗大， 适合制作永久磁铁、
碳钢、钨钢
磁芯（记忆元件）等。
分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁 矩，用符号 pm 表示。
电子的进动：在外磁场 B0的作用下，分子或原 子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用， 由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动， 这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本 身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴 线的转动，称为电子的进动。
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（1） 电子的磁矩
电子的轨道运动电流 I e v
I
m
2πr
S
轨道磁矩 m ev π r 2 evr
2πr
2
电子轨道运动的角动量 L mevr
电子轨道磁矩与轨道角动量的关系：m
e
L
2me 电子自旋磁矩和自旋角动量 S 的关系：m e
S
me
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（2） 质子和中子的磁矩
质子轨道磁矩 m e
L，中子无轨道磁矩。
2m p
质子和中子都有自旋磁矩：
m
g
e
S
2m p
g 称为 g 因子，质子g = 5.5857，
（3） 原子核的磁矩
整个原子核的自旋磁矩
m g
e
I
I
2m p
为核的自旋角动量，因子g由原子核决定。
由上可知，核磁矩远小于电子磁矩。
测Φ B Φ S
n
磁 通 计
测百度文库
I0
H
nI 0
( H d l H L NI0 ，
S
I0
I0
LN H L I0 nI0 )
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BN跳跃
B BS
B∼H c
tgm m
S
跃变 放大
b ∼H
tgi i
a i
0
0 m
H
BS — 饱和磁感强度（saturation magnetic induction）
i — 起始磁导率
m — 最大磁导率
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BN跳跃
B BS
B∼H
tgm m
S
跃变 放大
b ∼H
tgi i
a i
H=0
0 H
m
H
c
0
H H
H
H
H
0
a
b
S
（可逆） （不可逆） （不可逆）（饱和）
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2.磁滞回线（hysteresis loop）
B落后于H的变化，称为磁滞现象。
使mr分
排列趋于
B0 方向, 显现磁性。
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（5） 磁化强度与磁化电流
（magnetization and magnetization current）
1.磁化强度： M
lim
m分
ΔV 0 ΔV
对顺磁质和抗磁质，实验表明：M
B
对铁磁质，实验表明：M
和
B 呈非线性关系，
而且是非单值对应关系
Hc H
电磁铁、变压
纯铁、硅钢
器铁芯等。
演示 磁滞回线（KD044）
坡莫合金 (Fe78%、Ni 22%)
用于电子设备
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四.居里点（Curie point）
T M磁畴 （自发磁化减弱）
T Tc M磁畴 0（磁畴瓦解，表现顺磁性） Tc是失去铁磁性的临界温度，称“居里点”。
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磁路、磁场补充基础知识
1. 磁介质
基础知识
磁 化：磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。
磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。
磁化后介 质内部的磁
B B0 B
场与附加磁 场和外磁场 的关系：
总磁 感强
外加 磁感 强度
附加磁 感强度
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磁介质的分类
B B0 B
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一. 磁畴（magnetic domain） 铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。
各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致， 从而形成自发的均匀磁化小区域 — 磁畴。
未加磁场
在磁场 B 中
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各种材料磁畴线度相差较大：从10-3m到10-6m， 一般为 10-4~10-5m，磁畴体积约为10-6(mm)3， 一个磁畴中约有1012~1015个原子。
(4)具有临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全消 失而成为顺磁质，Tc称为居里温度或居里点。不 同的铁磁质有不同的居里温度Tc。
纯铁：770ºC，纯镍：358ºC。
居里
海森伯
1926年 海森堡用 量子力学 中的交换 力解 释了磁偶 极子间相 互作用的 起源
朗道
1935 年 朗道 和栗佛 希兹从 磁场能 量的 观点说 明了磁 畴的成 因
2.磁化电流：由于介质磁化而出现的一些等效
的附加电流分布。
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介质内：
磁介质
S分
M
S
dl
dl
i分
设分子浓度为 n，则套住 dl 的分子电流：
d
I
n
i分
( S分
cos
d
l)
M d l cos M d l
穿过L所围曲面S 的磁化电流 I M d l
L
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当T Tc时，又恢复铁磁性。 Fe ：Tc = 767℃ Ni ：Tc = 357℃ Co ：Tc = 1117℃
谢谢观看，再见!
矩的矢量和
pm
将有一定的量值，因而在宏观上呈
现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性
的起源。它是一切磁介质所共有的性质 。
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顺磁质分子有固有的分子磁矩（主要是电子
轨道和自 旋磁矩的贡献），m分 10-23A·m2。
B0 0
B0 0
热运动使
m分
完全
混乱，不显磁性。
r Br0
B BS Br
-Hc 0
Br— 剩余磁感强度
S （remanent magnetic induction）
Hc— 矫顽力（coercive force） 磁滞是由于晶体缺陷和内应力、 Hc H 以及磁畴在外磁场减退时，就近
-Br -BS 磁滞回线
沿易磁化方向排列而造成的。 “磁滞损耗” （hysteresis loss） 正比于B~H 回线所围的面积。
pm
有一
定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相
反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。它是一切磁
介质所共有的性质 。
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抗磁质的分子固有磁矩为 0。
B0 0
B0
••
••
m分
0
，
不显磁性
附加磁矩
Δ
m分
B0
显示抗磁性
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4. 顺磁质的磁化
在顺磁体内任意取一体积元 V，其中各分子磁
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电子轨道磁矩
电子自旋磁矩 原子核的磁矩
分子磁矩 m分 等效
( molecular magnetic moment )
(molecular current)
i分
m分
S分
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3. 抗磁质的磁化
抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积
元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和
B B0 顺磁质(锰、铬、铂、氧、氮等)
B B0 抗磁质(铜、铋、硫、氢、银等)
B B0 铁磁质(铁、钴、镍等)
在介质均匀充满 磁场的情况下
定义
r
B B0
1 顺磁质
r 1 抗磁质
1 铁磁质
相对 磁导率
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2. 分子电流和分子磁矩
分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子 或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用 一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。
铁磁质（ferromagnetic substance）
与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点： (1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。
(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。
(场3)的相变对化磁而导变率化和；磁具化有率磁不滞是现常象数，，B,而H之是间随不外具磁 有简单的线性关系。
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“矩磁材料”
B Br
可作记忆元件
-Hc
Hc H
-Br Br
“0”“1”
-Br
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2. 软磁材料（soft magnetic material ）
Hc小（<102A/m），一般约Hc 为1A/m 。
B
特点：
B Br
m大
磁滞回线“瘦”，i大
Br Hc
磁滞损耗小， H 适于制作交流
磁畴磁矩沿某个易磁化方向(direction of easy）
NN 静磁能高 交换能低
SS
NS 静磁能低 交换能高
SN
矛盾因素协调平 衡，才使铁磁体 整体能量最低。
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二 . 铁磁质的磁化规律
铁磁质
B~
H关系非线性，也不单值，
形式上表示为
B
H，
Const.
1. 起始磁化曲线
试件