2020—2021学年人教版（2019）高二物理《磁介质》课件24张PPT

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
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
磁场强度、磁化强度及其规律
铁磁质的特性
第十二章
磁场中的磁介质
运动电荷
磁 铁
电 流
电 流
运动电荷
磁 铁
磁
场
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 ' 的方向，随磁介质的不同而不同。
3、磁介质的分类
标准——B '与B0方向
顺磁质
B'与B0同向，B>B0，
如氧、铝、钨、铂、铬等
抗磁质
B '与B0反向，B如氮、水、铜、银、金、铋等。
超导体——理想的抗磁体。
铁磁质
B '与B0同向，B>B0，B>>B0，
如铁、钴、镍等。
顺磁质和抗磁质又称为弱磁质。
在物质的分子中
电子绕原子核作轨道运动——轨道磁矩；
电子有自旋 ——自旋磁矩。
分子内所有电子的全部磁矩的矢量和，称为分子的固有磁矩——分子磁矩。
分子磁矩可以用一个等效的圆电流来表示。
二、磁介质的磁化
1、分子电流和分子磁矩
2、顺磁质磁化机理——来自分子的固有磁矩
无外磁场：
分子的无规则热运动
分子磁矩取向混乱
物质并不显磁性
——未磁化状态
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
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
——磁感应强度比外磁场的度要略小一点。
?
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：
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
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
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。
3、磁介质中的安培环路定律
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。
磁场强度
4、说明
磁场强度是一个辅助物理量。
单位：A· m-1
的环流只与穿过闭合回路的传导电流有关，而与磁化电流无关。
电介质中的高斯定理
磁介质中的安培环路定理
二、磁场强度与磁感应强度的关系
1、定义式
2、磁场强度与磁感应强度的关系
实验规律
磁化率
相对
磁导率
绝对磁导率
顺磁质：кm>0，μr>1，M与B同向
抗磁质：кm<0，μr<1，M与B反向
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
在磁介质中，磁感应强度的环流为
毕一萨定律
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
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。
方向沿圆的切线方向
解：取如图所示安培回路
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。
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。
二、磁化曲线
装置：
环形螺绕环
实验测量B。
原理:
励磁电流 I；用安培定理得H
磁化曲线：
铁磁质m 很大，且随外磁场而变化，B与H之间为非线性关系。
o
H
B
A
B
C
S
初始磁化曲线：
O→M，H 增加，B 增加
M→N，H 变大，B 急剧增大，
N→P，H 增加，B增加，增加十分缓慢
P， H增加 ，B到饱和状态
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。
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。
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。
H
B
O
M
N
B~H
P
B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞
剩磁Br：
当磁场强度减小到零时，磁感应强度并不等于零，而是仍有一定的数值Br ， Br叫做剩余磁感应强度，简称剩磁。
饱和磁感应强度BS：
所有磁畴都与外场方向一致。相应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。
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。通常把Hc叫做矫顽力。
三、磁滞回线
铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的，要损失能量，称为磁滞损耗，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。
磁滞 现象是由于掺杂和内应力等的作用，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。
四、铁磁性材料
软磁材料：

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。
1、金属磁性材料
B
H
o
硬磁材料：
特点：剩磁和矫顽力比较大，磁滞回线所围的面积大，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。
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。
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
2、非金属磁性材料——矩磁材料：
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。
B
H
o
B
H
o
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
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