2020年人大附中高中物理竞赛辅导课件(磁介质)铁磁质.ppt

1、2020全国高中物理学奥林匹克竞赛人大附中竞赛班辅导讲义（含物理竞赛真题练习）磁介质测量磁滞回线的实验装置测量磁滞回线的实验装置0510 1520磁强计磁强计A测量测量H测量测量B 的探头的探头（霍尔元件）（霍尔元件）电阻电阻电流表电流表螺绕环螺绕环铁环铁环狭缝狭缝换换向向开开关关1 1铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化规律铁磁质铁磁质1、磁化曲线磁化曲线RNIH 2 磁强计磁强计测量测量B,如用感应电动势如用感应电动势测量测量或用小线圈在缝口处测量；或用小线圈在缝口处测量；Hr HBor 由由 得出得出 曲线曲线铁磁质的铁磁质的 不一定是个常数，不一定是个常数，它是它是 的函数的函数Hr 原理原理

2、:励磁电流励磁电流 I;用安培定理得用安培定理得HHr HBHr,B 05 10 1520A铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化规律BHo.1.2.c a初始磁化曲线初始磁化曲线饱和磁感应强度饱和磁感应强度BssBsBsH.rbrB剩余磁感应强度剩余磁感应强度.cccH矫顽力矫顽力.dsBc.re磁磁 滞滞 回回 线线磁滞现象：磁滞现象：B 滞后于滞后于 H 的变化的变化2、磁滞回线磁滞回线初始磁初始磁化曲线化曲线a.bcdBOH.SBSHe.rB fCHSB.SH 矫顽力矫顽力CH 饱和磁感应强度饱和磁感应强度磁滞回线磁滞回线剩剩 磁磁rBHBcHcH rBSBB的变化落后于的变化落后于H，从而具有

3、剩磁，从而具有剩磁，即磁滞效应。每个即磁滞效应。每个H对应不同的对应不同的B与磁化的历史有关。与磁化的历史有关。磁滞回线磁滞回线-不可逆过程不可逆过程在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。（1）根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之）根据现代理论，铁磁质相邻原子的电子之间存在很强的间存在很强的“交换耦合作用交换耦合作用”，使得在无外磁场，使得在无外磁场作用时，电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排作用时，电子自旋磁矩能在小区域内自发地平行排列，形成自发磁化达到饱和状态的微小区域。列

4、，形成自发磁化达到饱和状态的微小区域。这些区域称为这些区域称为“磁畴磁畴”多晶磁畴结构多晶磁畴结构 示意图示意图二、二、铁磁质内的铁磁质内的磁畴结构磁畴结构（2）在外磁场作用下，磁畴发生变化。分两步：）在外磁场作用下，磁畴发生变化。分两步：A 外磁场较弱时，凡磁矩方向与外磁场相同或外磁场较弱时，凡磁矩方向与外磁场相同或相近的磁畴都要扩大（畴壁向外移动）。相近的磁畴都要扩大（畴壁向外移动）。B 外磁场较强时，每个磁畴的磁矩方向都程度外磁场较强时，每个磁畴的磁矩方向都程度不同地向外磁场方向靠拢（即取向）。不同地向外磁场方向靠拢（即取向）。外磁场外磁场越强，取向作用也越强。越强，取向作用也越强。此上

5、两种变化都导致单位物理小体积内磁矩矢量此上两种变化都导致单位物理小体积内磁矩矢量和（即磁化强度和（即磁化强度M从零逐渐增大，其方向与外场从零逐渐增大，其方向与外场相同。外磁场越强，相同。外磁场越强，M也越强，这便是起始磁也越强，这便是起始磁化曲线的成因。化曲线的成因。当再加外磁场时，当再加外磁场时，M不再增加，磁化达到饱和。不再增加，磁化达到饱和。（3）畴壁的外移及磁畴磁矩的取向是不可逆的，畴壁的外移及磁畴磁矩的取向是不可逆的，当外磁场减弱或消失时磁畴不按原来变化规律逆着当外磁场减弱或消失时磁畴不按原来变化规律逆着退回原状。这解释了磁滞的原因。退回原状。这解释了磁滞的原因。（4）既然磁畴起因于

6、电子自旋磁矩的自发有序排）既然磁畴起因于电子自旋磁矩的自发有序排列，而热运动是有序排列的破坏者，因而当温度高列，而热运动是有序排列的破坏者，因而当温度高于某一临界时，磁畴就不复存在，铁磁质就变为普于某一临界时，磁畴就不复存在，铁磁质就变为普通顺磁质。这一临界温度叫居里点。通顺磁质。这一临界温度叫居里点。把一块有剩磁的铁磁质加热至居里点以上再冷却，把一块有剩磁的铁磁质加热至居里点以上再冷却，其剩磁会完全消失。其剩磁会完全消失。顺磁性顺磁性 来自分子的固有磁矩。来自分子的固有磁矩。抗磁性抗磁性 起因于电子的轨道运动在外磁场作起因于电子的轨道运动在外磁场作用的变化。用的变化。铁磁性铁磁性 起因于电子

7、自旋磁矩的自发有序排列。起因于电子自旋磁矩的自发有序排列。例如，铁的居里点是例如，铁的居里点是1043K。三种磁介质起因的比较三种磁介质起因的比较3.有剩磁、磁饱和及磁滞现象。有剩磁、磁饱和及磁滞现象。铁磁质的特性铁磁质的特性2.有很大的磁导率。有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强放入线圈中时可以使磁场增强102 104倍。倍。4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。1.磁导率磁导率不是一个常量，它的值不仅决定于原线不是一个常量，它的值不仅决定于原线 圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。B 和和H 不

8、是线性关系。不是线性关系。三三 铁磁质的应用铁磁质的应用软磁材料作变压器的。软磁材料作变压器的。纯铁，硅钢坡莫合金纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。，铁氧体等。r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（长，损耗小（HdB面积小）。面积小）。还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。的磁芯、磁棒。(1)软磁材料软磁材料cH cHHB(2)硬磁材料硬磁材料作永久磁铁作永久磁铁钨钢，碳钢，铝镍钴合

9、金钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力矫顽力(Hc)大（大（102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滞回线的面积大，损耗大。磁滞回线的面积大，损耗大。还用于磁电式电表中的永磁铁。还用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。HCHCH B(3)矩磁材料矩磁材料作存储元件作存储元件Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，当用于记忆元件，当+脉冲产生脉冲产生HHC使使磁芯呈磁芯呈+B态，态，则则脉冲产生脉冲产生H HC使使磁芯呈磁芯呈 B态，可做为二进制态，可做为二进制的两个态。的两个态。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体HBCHCH