1、1磁疇圖象磁疇圖象第九章第九章有磁介質時的磁場有磁介質時的磁場2 19.1磁介質對磁場的影響磁介質對磁場的影響19.3 磁介質的磁化磁介質的磁化 19.4 有磁介質時磁場的規(guī)律有磁介質時磁場的規(guī)律19.6 鐵磁質磁化機理及特點鐵磁質磁化機理及特點 19.5 簡單磁路簡單磁路 19.2 原子、分子的磁矩原子、分子的磁矩 本章目錄本章目錄3 19.1 磁介質對磁場的影響磁介質對磁場的影響 磁介質磁介質（magnetic medium）是能夠影響是能夠影響磁場分布、并在磁場中受力的物質。磁場分布、并在磁場中受力的物質。傳導電流傳導電流 ， 00BI 介質磁化介質磁化， B BBB 0 均勻各向同性介

2、質均勻各向同性介質有：有：0BBr r 相對磁導率相對磁導率 （relative permeability）0BBI0I0均勻各向同性磁介質均勻各向同性磁介質長直密繞螺線管長直密繞螺線管總磁感強度總磁感強度充滿充滿磁場所在空間時，磁場所在空間時，4 弱磁質，弱磁質，1 r 順磁質順磁質（paramagnetic substance）1 r 如：如：Mn ，Al，O2，N2 抗磁質抗磁質（diamagnetic substance）1 r 如：如：Cu，Ag，Cl2，H2 鐵磁質鐵磁質（ferromagnetic substance）1 r 如：如：Fe，Co，Ni 磁介質的分類：磁介質的分類：

3、某些磁介質的相對磁導率見書某些磁介質的相對磁導率見書 P165 表表19.15 19.2 原子、分子的磁矩原子、分子的磁矩 一一 . 電子的磁矩電子的磁矩ISm電子的軌道運動電流電子的軌道運動電流reI2v 222rerremvv 軌道磁矩軌道磁矩電子軌道運動的角動量電子軌道運動的角動量rmLev 電子軌道磁矩與軌道角動量的關系：電子軌道磁矩與軌道角動量的關系：Lmeme2 Smeme 電子自旋磁矩和自旋角動量電子自旋磁矩和自旋角動量 S 的關系：的關系：6四四 . 分子磁矩和分子電流分子磁矩和分子電流電子軌道磁矩電子軌道磁矩電子自旋磁矩電子自旋磁矩原子核的磁矩原子核的磁矩( molecula

4、r magnetic moment )(molecularcurrent)i分分S分分m分分分子電流分子電流 i分分分子磁矩分子磁矩 m分分等效等效7在磁場作用下，在磁場作用下，19.3 磁介質的磁化磁介質的磁化 磁化磁化 （magnetization）：）：介質出現磁性或磁性發(fā)生變化的現象。介質出現磁性或磁性發(fā)生變化的現象。 一一. 順磁質的磁化順磁質的磁化 順磁質分子有順磁質分子有固有的分子磁矩固有的分子磁矩（主要是電子（主要是電子 m分分 10-23Am2。00 B熱運動使熱運動使 完全完全分分m00 B顯現磁性。顯現磁性。方向方向,0B排列趨于排列趨于使使分分0mB混亂，不顯磁性。混亂

5、，不顯磁性。軌道和自旋磁矩的貢獻），軌道和自旋磁矩的貢獻），8二二 . 抗磁質的磁化抗磁質的磁化抗磁質的分子固有磁矩為抗磁質的分子固有磁矩為 0。00 B不顯磁性不顯磁性 ，分分 0 m 0B分分m附加磁矩附加磁矩 0B顯示抗磁性顯示抗磁性為什么為什么 反平行于反平行于 呢？呢？分分m0B9 以電子的軌道運動為例，以電子的軌道運動為例，第第 i 個電子受的磁力矩個電子受的磁力矩0BmMii 電子軌道角動量增量電子軌道角動量增量iiiLtML dd 電子旋進，它引起的感應電子旋進，它引起的感應 這種效應在順磁質中也有，這種效應在順磁質中也有，不過與分子固有磁矩的轉向效應相比弱得多。不過與分子固有

6、磁矩的轉向效應相比弱得多。i-e0BiMiLimim im。 0B磁矩磁矩反平行于反平行于101.磁化強度：磁化強度：VmMVlim0 分分對對順磁質順磁質和和抗磁質抗磁質，實驗表明：實驗表明：BM 2.磁化電流：磁化電流： 由于介質磁化而出現的一些等效由于介質磁化而出現的一些等效三三 . 磁化強度與磁化電流磁化強度與磁化電流 （magnetization and magnetization current）的附加電流分布。的附加電流分布。對對鐵磁質，鐵磁質，實驗表明：實驗表明：M和和B呈非線性關系，呈非線性關系，而且是非單值對應關系而且是非單值對應關系11 介質內：介質內：穿過穿過L所圍曲面

7、所圍曲面 S 的磁化電流的磁化電流)dcos( dlSinI 分分分分 cosd lMlMd LlMId 則套住則套住 dl 的分子電流：的分子電流：L放大放大ld i分分 S磁介質磁介質設分子數密度為設分子數密度為 n， ldS分分M12 介質表面：介質表面：tMld選選lMISdd 磁化面電流密度磁化面電流密度tSSMlIj ddnSeMj nMtMldSI dlMtd 1319.4 有磁介質時磁場的規(guī)律有磁介質時磁場的規(guī)律 考慮到磁化電流，（考慮到磁化電流，（1）式則需要修改。）式則需要修改。設：設：I0 傳導電流，傳導電流，I 磁化電流磁化電流)(d00內內內內IIlBL lMILd0

8、00 內內磁磁介介質質LI0I 一一. H 的環(huán)路定理的環(huán)路定理）（）（內內2 0d1 d0 sBIlBSL 真空中的規(guī)律真空中的規(guī)律14內內00d)(IlMBL MBH 0 令令 磁場強度磁場強度（magnetic field intensity）得：得： LIlH內內0d 的環(huán)路定理的環(huán)路定理H H 的單位：的單位： 真空：真空：00 BHM ，。 A/m410Oe13 奧斯特奧斯特 Oe（CGSM），），（Oersted）A/m （ SI ）；）；15 各向同性磁介質：各向同性磁介質：HM 磁化率磁化率 （magnetic susceptibility）1 rm HBMBHm 00HHB

9、rm 00)1( HB HHMmr ）（1m r 0 磁導率磁導率（permeability）令令則有則有真空：真空： = 016二二. 環(huán)路定理的應用舉例環(huán)路定理的應用舉例例例1介質中閉合回路介質中閉合回路L所套聯的分子電流為：所套聯的分子電流為：證：證： LLmlHlMIdd 0dIlHmLm 000 II ，則，則若若L可任取，且可無限縮小，可任取，且可無限縮小，故故 I0 = 0 處，處，I = 0 。LMld磁磁介介質質無傳導電流處，也無磁化電流。無傳導電流處，也無磁化電流。證明在各向同性均勻磁介質內，證明在各向同性均勻磁介質內，17電流密度為電流密度為 j（沿（沿z），），導體相對

10、磁導率為導體相對磁導率為 r ，求：求：SjB 和和解：解：)(yBB 且且xyBBy)(0 ：xyBBy)(0 ：有有分析分析的對稱性，的對稱性，Bx j rhh y zxj yz dIdIxB /d 例例2 如圖示，如圖示，已知已知均勻載流無限大厚平板均勻載流無限大厚平板18板外：板外：對圖示矩形回路對圖示矩形回路L，x j r y y -yL lh0 -h)2(dhljlHL ljhlH 22外外jhH 外外xyyjhH 外外xyyjhHB00 外外外外x j r y y -yL l 0 板內：板內：有有對圖示矩形回路對圖示矩形回路 L ，有有xjyHBrr00 內內內內)2(dyljl

11、HL 內內ljylH 22內內19 x j rhh y z Sj nSM求磁化面電流密度求磁化面電流密度上表面：上表面：下表面：下表面：nSSeMj )(1(xjhMrS zjhjrS)1( jhr )1( SmSHM內內 ， yen SrH內內)1( ， yen )(1(xjhMrS jhjrS )1( （同上表面）（同上表面）思考思考沿沿x向單位長度的磁化面電流為何不為向單位長度的磁化面電流為何不為0？20 三三 . 磁場的界面關系磁場的界面關系 靜磁屏蔽靜磁屏蔽0d sBS由由可得可得 B1n = B2n (1)設界面無傳導電流，設界面無傳導電流，0d lHL由由可得可得 H1t = H

12、2t (2)2211 ttBB 即即 (2)12n1B2B 1 212t1H2H 1 2）（00 Sj21在在 1很大的介質很大的介質1中，中， 線幾乎平行界面，線幾乎平行界面，B這就是鐵磁質中這就是鐵磁質中 線沿鐵芯延續(xù)線沿鐵芯延續(xù)的情形。的情形。B2211tg1tg1)1( )2( ：， 02 21 若若，21 則則，21 當當時，時，。 21 ，1tgtg2211 n線線1B線線2B 1 2 1 2n線線1B線線2B 1 2 2 1 90 222 )(d lNIlHNIHHl NISlS 0mmmRR 令令0 SSlNI 磁通勢磁通勢 (magnetomotive force)磁阻磁阻(

13、magnetic resistance)NI 鐵芯鐵芯B, H, l, S, B , H , S , , 0 19.5 簡單磁路簡單磁路 （magnetic circuit）23，RRm，I， m rrmmlSSlRR 00，若若310 r 的氣隙，的氣隙，則則mm1 l = 1m的鐵芯磁阻，的鐵芯磁阻， 所以氣隙對磁路影響很大。所以氣隙對磁路影響很大。其磁阻相當于其磁阻相當于mmmRR SlRm 把把和和與電路相比，與電路相比，24B內內R2R10B鐵管（鐵管（ 板面）板面） 靜磁屏蔽靜磁屏蔽計算表明：計算表明：)(4212222RRRkr ，tRr 2 屏蔽系數屏蔽系數精密探頭、顯象管精密

14、探頭、顯象管都需要磁屏蔽。都需要磁屏蔽。00212222)(4kBBRRRBr 內內212)(RRRt 若若 r = 4000R2 = 10cm t = 1cm時，時， k = 0.5% t = 0.1cm時，時，k = 5% 則則 25各電子的自旋磁矩靠交換耦合作用使方向一致，各電子的自旋磁矩靠交換耦合作用使方向一致，19.6鐵磁質磁化機理及特點鐵磁質磁化機理及特點一一. 磁疇磁疇（magnetic domain）從而形成從而形成自發(fā)的均勻磁化小區(qū)域自發(fā)的均勻磁化小區(qū)域 磁疇。磁疇。鐵磁質中起主要作用的是電子的自旋磁矩。鐵磁質中起主要作用的是電子的自旋磁矩。未加磁場未加磁場在磁場在磁場 B

15、中中26各種材料磁疇線度相差較大：各種材料磁疇線度相差較大：磁疇體積約為磁疇體積約為10-6(mm)3，一個磁疇中約有一個磁疇中約有10121015個原子。個原子。易磁化方向易磁化方向由晶體結構決定。由晶體結構決定。磁疇磁矩沿某個磁疇磁矩沿某個易磁化方向易磁化方向(direction of easy所有的磁疇為什么不形成一個磁化整體呢？所有的磁疇為什么不形成一個磁化整體呢？NSNS靜磁能高靜磁能高交換能低交換能低NSSN靜磁能低靜磁能低交換能高交換能高 矛盾因素協調平矛盾因素協調平衡，才使鐵磁體衡，才使鐵磁體整體能量最低。整體能量最低。magnetization)排列。排列。從從10-3m到到

16、10-6m，一般為一般為10-410-5m，27二二.居里點居里點（Curie point） 磁磁疇疇MT（自發(fā)磁化減弱）（自發(fā)磁化減弱）0 磁磁疇疇MTTc（磁疇瓦解，表現順磁性）（磁疇瓦解，表現順磁性）Tc是失去鐵磁性的是失去鐵磁性的臨界溫度，臨界溫度，稱稱“居里點居里點”。時，又恢復鐵磁性。時，又恢復鐵磁性。當當cTT Fe ：Tc = 767Ni ：Tc = 357 Co ：Tc = 111728三三 . 鐵磁質的磁化規(guī)律鐵磁質的磁化規(guī)律鐵磁質鐵磁質 關系非線性，關系非線性，HB也不單值，也不單值，.Const 形式上形式上表示為表示為，HB 也不唯一。也不唯一。1. 起始磁化曲線起始

17、磁化曲線00nIHI 測測SB 測測 LNILHlH， 0d(由此可得到由此可得到B H曲線：曲線：)00nIILNH 試件試件磁磁通通計計nSI0I029見教材見教材173頁圖頁圖19.1130磁滯回線磁滯回線HHc-HcSBSBrB-BS-Br02.磁滯回線磁滯回線（hysteresis loop）（了解）（了解）B落后于落后于H的的變化，變化，稱為稱為磁滯現象。磁滯現象。磁滯是由于晶體缺陷和內應力、磁滯是由于晶體缺陷和內應力、以及磁疇在外磁場減退時，以及磁疇在外磁場減退時，沿易磁化方向排列而造成的。沿易磁化方向排列而造成的。就近就近31四四 . 硬磁和軟磁材料（了解）硬磁和軟磁材料（了解

18、）1. 硬磁材料硬磁材料 （hard magnetic material）特點：特點：磁滯損耗大，磁滯損耗大，適合制作永久磁鐵、適合制作永久磁鐵、碳鋼、鎢鋼碳鋼、鎢鋼HHcBBBr 也大，也大，磁芯（記憶元件）等。磁芯（記憶元件）等。Hc大大 （102A/m），），一般一般Hc 為為104- -106A/m，一般為一般為103- -104 G。磁滯回線磁滯回線“胖胖”，32 “矩磁材料矩磁材料”BBrHcH-Hc-BrBr-Br“0” “1”可作記憶元件可作記憶元件33 2. 軟磁材料軟磁材料（soft magnetic material ）Hc小（小（102A/m），）， 磁滯回線磁滯回線“瘦瘦”，磁滯損耗小，磁滯損耗小，適于制作交流適于制作交流電磁鐵、變壓電磁鐵、變壓器鐵芯等。器鐵芯等。純鐵、硅鋼純鐵、硅鋼 HBHcBr大大m 坡莫合金坡莫合金(Fe78%、Ni 22%)用于電子設備用于電子設