《穩(wěn)恒磁場》PPT課件

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1、作 業(yè) ： 本 章 剩 余 部 分 。 順 磁 質1rr 不 同 的 磁 介 質 在 磁 場 中 所 表 現 出 的 特 性 不 同 ：抗 磁 質1r 鐵 磁 質1r注 ： 順 、 抗 磁 質 是 弱 磁 性 材 料 , 鐵 磁 質 是 強 磁 性 材 料 。 0r BB 1. 磁 介 質 的 分 類回 顧 ：2. 物 質 的 磁 性 起 源 分 子 電 流 宏 觀 上 介 質 表 面 磁 化 電 流分 子 的 “ 固 有 磁 矩 ” =軌 道 磁 矩 +自 旋 磁 矩I B 0B0B順 磁 質I 2o 抗 磁 性 軌p L在 磁 場 中 電 子 繞 軌 道 運 動 和 自 旋 運 動 發(fā) 生

2、 變 化 。0B + -分 子p = 0p0BpM 軌軌電 子 軌 道 運 動 繞 磁 場 進 動 。電 子 產 生 的 附 加 磁 矩 與 外 磁 場 相 反 。 0B分 子p 10 BBrM w z LW0B + - 軌pL M 0BB pdLM dt 磁 化 電 流 二 、 磁 化 強 度 矢 量 MMagnetization and Magnetizing ipM V 1. 磁 化 強 度 矢 量 定 義 單 位 體 積 內 分 子 磁 矩 的 矢 量 和 2. 磁 化 強 度 矢 量 M與 磁 化 面 電 流 I的 關 系 設 長 為 l, 橫 截 面 為 S的 柱 形 介 質 在

3、外 磁 場 中 沿 軸 向 被 均 勻磁 化 , 表 面 總 的 磁 化 面 電 流 為 I介 質 的 體 積 為：SlV V內 總 的 分 子 磁 矩 為：SI |i ip lI MipM V I Sl S Il i 面 電 流 密 度 B0 分 子 電 流 neni M e M3. 磁 化 強 度 的 環(huán) 流：ili iIlM l一 般 情 況 下 可 證 明：L| |i M 磁 化 面 電 流 密 度 ：2. 磁 化 強 度 矢 量 M與 磁 化 面 電 流 I的 關 系dLM l iIdLM l 磁 化 強 度 的 環(huán) 流 等 于 該 環(huán) 路 中 包 圍 的 磁 化 電流 的 代 數

4、和 。一 般 結 論 ： 三 、 磁 介 質 中 安 培 環(huán) 路 定 理 和 應 用1.有 介 質 時 的 安 培 環(huán) 路 定 理d 0 0i iL i iB l I I 在 有 介 質 的 空 間 ， 傳 導 電 流 與 磁 化 電 流 共 同 產 生 磁 場 ：則 有：d iL i IB lM 0( ) 即：傳 導 電 流 磁 化 電 流磁 介 質 中 磁 感應 強 度 的 環(huán) 流 d diL i LB lI Ml 0 0 0BH M 引 入 ： 磁 場 強 度 d iL iM l I 0BH M 定 義： 磁 場 強 度 則 有：d iL iH l I 介 質 中 的 安 培 環(huán) 路 定

5、 理 單 位 ： 安 培 /米 沿 任 一 閉 合 路 徑 磁 場 強 度 的 環(huán) 流 等 于 該閉 合 路 徑 所 包 圍 的 自 由 電 流 的 代 數 和 。物 理 意 義 d0( ) iL iB M l I IR RH NI 2 2. 三 矢 量 之 間 的 關 系 (物 質 方 程 ）B M H 、實 驗 指 出 ： 各 向 同 性 的 線 性 磁 介 質 有HM m m 介 質 磁 化 率0( )B H M 那 么：m H 01( ) rH 0 mr 1其 中：HB 即： m 與 r 均 為 純 數 , 描 述 磁 介 質 特 性 的 物 理 量0 r 0BH M 相 對 磁 導

6、率介 質 磁 導 率 磁介質的物質方程磁 感 應 強 度 和 磁 場 強 度 的 關 系 : ED e 0)1( EED r 0 )1( er EP e 0HM m )(0 MHB PED 0HB m )1(0 )1( mr HHB r 0 r 0 r 0之 間 的 關 系 ：MHB , 之 間 的 關 系EDP , S iiS qqsE )(1d 0MBH 0 PED 0 S iS qsD d L iL iL IIlB 00d L iL IlH d 0jH Ir r 例 1 有 兩 個 半 徑 分 別 為 和 的 “ 無 限 長 ” 同 軸 圓 筒形 導 體 ， 在 它 們 之 間 充 以

7、相 對 磁 導 率 為 的 磁 介 質 .當 兩圓 筒 通 有 相 反 方 向 的 電 流 時 ， 試 求 （ 1） 磁 介 質 中 任 意 點 P 的 磁 感 應 強 度 的 大 小 ;（ 2） 圓 柱 體 外 面 一 點 Q的 磁 感 強 度 . 1r rRI解 對 稱 性 分 析Rdr IlHl dIdH2 dIH 2 dIHB 2 r0 dI RP Q方 向 沿 圓 的 切 線 方 向 0,02 HdH 0 HB Rdr dIB 2 r0 Rd )2( 0 IIlHl dIr rI Rd Q cbadH例 2. 長 直 螺 線 管 內 充 滿 均 勻 磁 介 質 r, 單 位 長 度

8、上 的 匝 數 為n, 通 有 電 流 I 。 求 管 內 的 B, 磁 化 強 度 M及 表 面 磁 化 電 流 密度 i。解：IabnHab H nIB HB M H 0( ) 順 磁 鐵 磁 質，1r抗 磁 質 ,1rnI nIM r )1( MBI因 管 外 磁 場 為 零 ， 取 圖 示 的 回 路根 據：. .d iL iH l I nIi r )1( 則：又：ni M e i I/i I ne 例 3 一 半 徑 為 R的 介 質 球 ， 均 勻 磁 化 后 其 磁 化 強 度 為 M， 方 向如 圖 ， 求 介 質 球 面 上 某 點 的 磁 化 面 電 流 密 度 和 全 面

9、 磁 化 電 流產 生 的 磁 矩 。 neM Rni M e 解 ， 任 意 位 置 的 磁 化 面 電 流 密 度 ：ni M e i M sin 方 向 如 圖(2) 總 磁 化 電 流 產 生 的 磁 矩 ？ d取 如 圖 所 示 的 電 流 圓 環(huán) ， 其 磁 化 電 流 為 ： RddI i 電 流 圓 環(huán) 的 磁 矩 為 ： mdp dI i RdS (Rsin ) 2總 的 磁 矩 為 ： m (Rsinp i R )d d 0 2 R M 343 對 稱 場 有 磁 介 質 時 , 求 “ B” 時 ， 只 需 將 的 0 即 可 ?？?結 ： 求 磁 場 的 解 題 一 般

10、 步 驟 ：由I傳H BM HB HM m 注 ：畢 薩 定 律 有：真 空d00 24 rI l eB r d 24 rI l eB r 介 質 空 間例 如 ： 無 限 長 載 流 直 導 線 真 空 中 磁 場 IB r 00 2無 限 長 直 導 線 周 圍 充 滿 介 質 時 2 IB r ini M e d iL iH l I 物 質 方 程 1.磁 化 曲 線實 驗 裝 置 ： 環(huán) 形 螺 繞 環(huán) ， 用 鐵 磁 質充 滿 環(huán) 內 空 間 。 2NIH R實 驗 測 量 B Hrr BH 0由（ 1） 鐵 磁 質 的 r不 是 個 常 數 , 它 是 H 的 函 數 非 線 性

11、磁 介 質 。 四 、 鐵 磁 質實 驗 原 理 ：根 據 安 培 定 理 由 通 有 的傳 導 電 流 得 RI I在 螺 繞 環(huán) 磁 隙 處 測 量 BHr 得 出 曲 線結 論 r 1 交 換 力 :電 子 之 間 的 交 換 作 用 使 其 在 自 旋 磁 矩 平 行 排 列時 能 量 較 低 , 這 是 一 種 量 子 效 應 。 磁 疇 : 原 子 間 電 子 交 換 耦 合 作 用 很 強 ,使 其 自 旋 磁 矩 平行 排 列 形 成 磁 疇 。 鐵 磁 性 主 要 來 源 于 電 子 的 自 旋 磁 矩2. 鐵 磁 質 磁 性 的 起 因 表 現 出 自 發(fā) 磁 化 區(qū) 域磁

12、 疇H鐵 磁 體 r 1， 且 比 順 磁 磁 導 率 大 5-6個 量 級 。H 0 H 0 B的 變 化 落 后 于 H， 從 而 具 有 剩 磁 磁 滯 效 應1 起 始 磁 化 曲 線2 剩 磁 Br飽 和 磁 感 應 強 度 BS3 矯 頑 力 HC磁 滯 回 線 BrBCH H sBsB實 驗 ： 巴 克 豪 森 效 應 。注 意 ： 鐵 磁 態(tài) 只 存 在 于 某 個臨 界 溫 度 TC（ 居 里 溫 度 ） 以下 ， 存 在 鐵 磁 順 磁 相 變 。 0 50 100 150 200 250 300 35002040 6080 T (K ) M (emu/g) TC鐵磁態(tài)順

13、磁 態(tài) 皮 埃 爾 居 里 物理原理？ r大 ， (起 始 磁 化 率 大 )飽 和 磁 感 應 強 度 大 CH CH應 用 ： 變 壓 器 、 繼 電 器 、 電 機 、 以 及 各種 高 頻 電 磁 元 件 的 磁 芯 、 磁 棒 。 特 點 ： 矯 頑 力 (HC)小 ；磁 滯 回 線 的 面 積 窄 而 長 ； 損 耗 小 （ HB面 積 小 ）。 純 鐵 、 坡 莫 合 金 (Fe， Ni)、 硅 鋼 等 。如 ： B H軟 磁 材 料 矯 頑 力 小硬 磁 材 料 矯 頑 力 大 B HCH CH鎢 鋼 、 碳 鋼 、 鋁 鎳 鈷 合 金如 ：根 據 矯 頑 力 的 大 小 將

14、鐵 磁 材 料 分 類 ： 3. 鐵 磁 質 的 分 類 矯 頑 力 (HC)大 ， 剩 磁 Br大磁 滯 回 線 的 面 積 大 ， 損 耗 大 。應 用 ： 于 做 永 磁 鐵 ， 耳 機 中 的 永 久 磁 鐵 ，永 磁 揚 聲 器 。 硬 磁 材 料 特 點 ： B HCH CH矩 磁 材 料B r=BS ， HC不 大 ，磁 滯 回 線 是 矩 形 ， 用 于 記 憶 元 件 。錳 鎂 鐵 氧 體 、 鋰 錳 鐵 氧 體特 點 ：如 ： CH CHB H+B態(tài) ， B態(tài) ， 可 做 為 二 進 制 的 兩 個 態(tài) 。 現 代 汽 車 需 要 使 用 幾 十個 小 型 永 磁 電 動 機 和 其它 磁 控 機 械 元 件 。 納 米 磁 性 Global market for magnetic materials the total in 1999 was about 30b$.全球市場：300億美元 日 立 公 司 2005年 新 研 制 的10G微 型 硬 盤 M.Baibich ,J.Broto, A.Fert .等9人: Phys.Rev.Letter 61,2472(1988) Grunberg Phys.Rev.Letter 57,2442(1986)