磁化强度和磁化电流.ppt

12-2 磁化强度、磁化电流磁化强度、磁化电流一、用磁化强度来描写磁化的强弱。一、用磁化强度来描写磁化的强弱。1.1.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和定义：单位体积内分子磁矩的矢量和 对顺磁质，对顺磁质，p pm m可以忽略；对于抗磁质，可以忽略；对于抗磁质，p pm m0 0，对于真空，对于真空，M M0 0。2.磁化强度随磁场增强而增大磁化强度随磁场增强而增大 对顺磁质、抗磁质均如此对顺磁质、抗磁质均如此 VppMmm单位：单位：A/m 二、介质表面出现磁化电流二、介质表面出现磁化电流0BsILS0BsI顺磁质0BsILS0BsI抗磁质二、磁化电流二、磁化电流SSlI磁化面电流磁化面电流单位体积磁矩单位体积磁矩SSmSlSlVPM 流为单位长度的磁化面电其中S SlSIPssm则该段磁介质中总的磁矩为则该段磁介质中总的磁矩为SSBAIlMlABMl dMlMd磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积的总磁化电流。所包围的面积的总磁化电流。12-3 磁介质中的磁场磁介质中的磁场 磁场强度磁场强度有磁介质后，空间任一点的磁场有磁介质后，空间任一点的磁场 B0-传导电流产生的磁场 B -磁化电流产生的磁场 出现出现“欲求欲求 B 需先知道需先知道 B”的问题，的问题，为此为此 引入一辅助的物理量：磁场强度引入一辅助的物理量：磁场强度 。/0BBB在磁场中任取一环路在磁场中任取一环路 L，它套住的电流，它套住的电流 有：传导有：传导电流和磁化电流。由安培环路定理：电流和磁化电流。由安培环路定理：)(d0SIIlB其中：其中：I为传导电流，为传导电流，IS为磁化电流为磁化电流SSIllMd又因又因安培环路定理可写成安培环路定理可写成 l dMIlB00 d(A/m)0MBH令磁场强度令磁场强度IlHd:则有Il dMB0:即 表明：磁场强度矢量的环流和传导电流表明：磁场强度矢量的环流和传导电流I有关，有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是位制中是A/m.磁介质中的安培环路定理：磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。流的代数和，而与磁化电流无关。IlHdMBH0MHB00 实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。HMm 式中式中 只与磁介质的性质有关，称为磁介质只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。间位置的函数。m顺磁质0m抗磁质0mMHB00HMmmr1令HBm)1(0HHBr0相对磁导率磁导率 值得注意：值得注意：为研究介质中的磁场提供方便而为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，不是反映磁场性质的基本物理量，才是反映磁场性才是反映磁场性质的基本物理量。质的基本物理量。HB的关系的关系BHM、HMm为介质的磁化率为介质的磁化率m均匀磁介质均匀磁介质Cm非均匀非均匀)(rfm顺磁质顺磁质HHHMHBrm000)1()(同向与HMm0反向与HMm0无磁质无磁质即真空0mmr1r0其中：其中：磁导率磁导率抗磁质抗磁质相对磁导率相对磁导率MBH0有磁介质时磁场的计算 ssrNIlHd解：解：在环内任取一点，在环内任取一点，过该点作一和环同心、过该点作一和环同心、半径为半径为 的圆形回路。的圆形回路。r 式中式中 为螺绕环上线圈为螺绕环上线圈的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。N 例例12-2 12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为已知螺绕环中的传导电流为I I，单位长度内匝数，单位长度内匝数n n，环的横，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为磁导率分别为 和和r。求环内的磁场强度和磁感应强度。求环内的磁场强度和磁感应强度。dHlNI解：解：2HrNI2NIHnIr当环内是真空时当环内是真空时00BH当环内充满均匀介质时当环内充满均匀介质时0rBHH 0rBBr例例12-2 12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为知螺绕环中的传导电流为I I，单位长度内匝数，单位长度内匝数n n，环的横截，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为导率分别为 和和r。求环内的磁场强度和磁感应强度。求环内的磁场强度和磁感应强度。例例12-3 如图所示，一半径为如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体的无限长圆柱体（导体（导体 0）中均匀地通有电流）中均匀地通有电流I，在它外面有半径，在它外面有半径为为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为 的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试。试求（求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体）圆柱体内一点磁场；（内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。）圆柱面外一点的磁场。解解（1）当两个无限长的同轴圆柱）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以，以r1为半径作一圆，取此圆为积为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有分回路，根据安培环路定理有IIIR1R2r2r1r312IBHr1201dd2rHlHlIIHr（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2，则，则以以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有为半径作一圆，根据安培环路定理有222112222220dd2rrrHlHlHrIIRR2212RrI 式中式中 是该环路所包围的电流部分，由此得是该环路所包围的电流部分，由此得由由B H，得，得2212 RIrH22012RIrB （3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是是r3，以，以r3为半径作一圆，根据安培环路定理为半径作一圆，根据安培环路定理,考考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得320dd0rHlHl0H 0B 即即或或12-5 铁磁质铁磁质一、铁磁质的特征一、铁磁质的特征1.r 1，产生特强附加磁场产生特强附加磁场B；2.r与磁化的过程有关，与磁化的过程有关，关系为非线性，即关系为非线性，即 不是常量，与不是常量，与H H有复杂的函数关系；有复杂的函数关系；3.磁滞现象，磁滞现象，H H随外场而变，它的变化落后于外磁场随外场而变，它的变化落后于外磁场的变化，外场消失后，磁性仍能保持；的变化，外场消失后，磁性仍能保持；4.居里温度，一定的铁磁材料存在一特定的临界温度，居里温度，一定的铁磁材料存在一特定的临界温度，称为居里点，当温度在居里点以上时，它们的磁导率称为居里点，当温度在居里点以上时，它们的磁导率和磁场强度和磁场强度H无关，这时铁磁质转化为顺磁质。无关，这时铁磁质转化为顺磁质。二二 、磁化曲线、磁化曲线BHBH和和 HH曲线是非线性关系曲线是非线性关系H H曲线也叫曲线也叫起始磁化曲线起始磁化曲线maxmax 饱和磁感强度饱和磁感强度HmaxOBmaxBMNPHOHHBr0mBmHPrBcHmHPHBOQ三、磁滞回线三、磁滞回线 由于磁滞，当磁场强度由于磁滞，当磁场强度减小到零（即减小到零（即H=0H=0）时，磁）时，磁感强度感强度B0B0，而是仍有一定，而是仍有一定的数值的数值B Br r，叫做剩余磁感强叫做剩余磁感强度度(剩磁剩磁)。当外磁场由当外磁场由+H+Hm m渐减小渐减小时，磁感强度时，磁感强度B并不沿起始并不沿起始曲线曲线0P 0P 减小减小 ，而是沿，而是沿PQ PQ 比较缓慢的减小，这种比较缓慢的减小，这种B的的变化落后于变化落后于H 的变化的现的变化的现象，叫做磁滞现象，简称象，叫做磁滞现象，简称磁滞。磁滞。随着反向磁场的增加，随着反向磁场的增加，逐渐减小，当逐渐减小，当H=-HH=-Hc c时，时，等于零，剩磁消失，等于零，剩磁消失，H Hc c叫做矫顽力，表示铁磁质叫做矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力。抵抗去磁的能力。磁滞效应损耗能量与磁滞回线的面积成正比磁滞效应损耗能量与磁滞回线的面积成正比铁磁质的磁滞现象铁磁质磁化微观机制 各磁各磁畴磁化畴磁化方向混方向混乱，整乱，整体不显体不显磁性磁性.磁畴的自发磁化磁畴的自发磁化方向与外场方向相方向与外场方向相同或相近的磁畴体同或相近的磁畴体积扩大积扩大,反之缩小反之缩小.磁畴壁发生运动磁畴壁发生运动.磁畴的磁畴的自发磁自发磁化方向化方向转向外转向外场方向场方向.全部全部磁畴方磁畴方向均转向均转向外场向外场方向方向.H0HHHH铁磁质的居里点钴钴 铁铁 镍镍 1413K1042K631K常见的铁磁材料