大学物理课件鉄磁质福州大学李培官

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1、大学物理---铁磁质福州大学至诚学院大学物理教研室李培官今天是25七月2021第七章.稳恒磁场7.5.3---铁磁质铁磁质是磁化性能很强，是性能特异，用途广泛的磁介质。主要有∶铁、钴、镍等金属和它们的某些化合物。如图将铁磁质做成环状，外部绕以线圈，通入电流，铁磁质被磁化，副线圈接冲击电流计，可测环中的磁感应强度。由电磁感应现象可测量B。铁磁质的磁化规律可用实验方法研究。磁场强度为：一、铁磁质的磁化规律铁磁质的磁滞现象铁磁质磁化的磁滞现象动画示意霍耳器件探头螺线环高斯计测电流计测饱和剩磁矫顽力OHACB

2、S使励磁电流从零开始，此时B=H=0，然后逐渐增大电流，以增大H。测得B与H的对应关系如图所示：随H的增大，B先缓慢增大(OA段)，然后迅速增大(AB段)，过B点过后，B又缓慢增大(BC段)。从S开始，B几乎不随H的增大而增大，介质的磁化达到饱和。与S对应的HS称饱和磁场强度，相应的BS称饱和磁感应强度。1、起始磁化曲线实验测定结果2.磁滞回线：再次磁化时，铁磁质具有以下特点：1）存在磁滞现象。B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞。3）要使铁磁质中的磁感应强度等于零，必须加上反向电流（反向磁场强度），

3、使铁磁质中磁感应强度等于零的反向磁场强度的值称为矫顽力。磁滞回线2）当磁场强度等于零时，铁磁质中的磁感应强度不为零，这种情形称为剩磁。5）由B~H图可以看出，铁磁质的相对磁导率不是常数，它与磁场强度成非线性关系。4）由图可知，磁化曲线为非线性的。该闭合曲线称为磁滞回线。铁磁质中μ随H的变化曲线磁滞回线磁滞回线饱和磁感应强度剩磁矫顽力磁滞回线霍耳器件探头螺线环高斯计测电流计测实验电路简图（3）有剩磁、磁饱和及磁滞现象。（2）有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强102~104倍。（4）温度超过居里点时

4、，铁磁质转变为顺磁质。(1)磁导率μ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。B和H不是线性关系。3.铁磁质的宏观特性：铁磁质的居里点铁磁质的居里点铁磁质被加热达到某一临界温度时，便会失去自己的特性而成为顺磁质。这一临界温度称为。居里点(5).磁致伸缩—磁致伸缩。长度相对改变约10-5量级，温下可达10-1；某些材料在低磁致伸缩有一定固有频率，化频率和固有频率一致时，发生共振，当外磁场变可用于制作激振器、超声波发生器等。各种铁磁材料的磁滞回线【演示动画】常见的铁磁材料三

5、类常见的铁磁材料及其磁滞回线形态软磁材料硬磁材料矩磁材料矫顽力小,易充退磁.如纯铁硅钢等.用于电机变压器继电器等的铁芯.矫顽力大,剩磁也大.如锰镁铁氧体等用于电磁仪表扬声器等的永久磁铁.剩磁值接近饱和值.如碳钢钡铁氧体等.两剩磁态可控翻转,用于计算机储存元件.1）软磁材料——磁滞回线窄、矫顽力小的材料。如电工纯铁、硅钢片，铁氧体等。广泛应用于变压器，互感器，接触器，继电器等的铁心。铁磁质软磁材料硬磁材料矩磁材料二.铁磁质的分类及其应用(2)硬磁材料——作永久磁铁钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力(Hc)大（>

6、102A/m)，剩磁Br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。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器，指南针等。(3)矩磁材料——作存储元件Br=BS，Hc不大，磁滞回线是矩形。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。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体根据现代理论，铁磁质的磁性主要来源于电子的自旋磁矩。相邻原子的电子之间存在很强的“交换耦合作用”，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列，形成自发磁化达到饱和状态的微小

7、区域。这些区域称为“磁畴”三.铁磁质的微观结构和磁化机理单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图纯铁硅铁钴三种铁磁性物质的磁畴铁磁质磁化微观机制用金相显微镜观察到抛光钢材样品表面上铁粉在磁畴边界上聚集.铁磁质的磁化微观机制磁畴铁磁质的自发磁化小区域(由电子自旋磁矩引起)用偏振光显微镜观察到的石榴石单晶磁性薄膜的迷宫式磁畴.续14铁磁质的磁化微观机制（续）各磁畴磁化方向混乱，整体不显磁性。畴壁运动磁畴的自发磁化方向与外场方向相同或相近的磁畴体积扩大，反之缩小。磁畴壁发生运动。磁畴转向磁畴的自发磁化方向转向外场

8、方向。饱和全部磁畴方向均转向外场方向。磁滞现象及剩磁，是因磁化时磁畴相互摩擦发热，使过程不可逆。自发磁化的原因是由于相邻原子中电子之间存在着一种交换作用（一种量子效应），使电子的磁矩平行排列起来而达到自发磁化的饱和状态当存在外磁场时，在外场的作用下磁畴的取向与外磁场一致，显现一定的磁性。外磁场对磁畴的影响【演示动画】临界温度(铁磁质的居里点)每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。