《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第八章 恒定电流的磁场 8-9 铁磁质

*§8-9铁磁质 与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点： (1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。 (2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。 (3)相对磁导率和磁化率不是常数，而是随外磁 场的变化而变化；具有磁滞现象，B、庄之间不具 有简单的线性关系。 (4)具有临界温度T。在T。以上，铁磁性完全消 失而成为顺磁质，T称为居里温度或居里点。不 同的铁磁质有不同的居里温度T。纯铁：1040K， 纯镍：631K。 让美下文返面退

上页 下页 返回 退出 与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点： (1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。 (2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。 (4)具有临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全消 失而成为顺磁质，Tc称为居里温度或居里点。不 同的铁磁质有不同的居里温度Tc。纯铁：1040K， 纯镍：631K。 (3)相对磁导率和磁化率不是常数，而是随外磁 场的变化而变化；具有磁滞现象， 之间不具 有简单的线性关系。 B H   、 *§8-9 铁磁质

一、磁化曲线和磁滞回线 把未磁化的均匀铁磁质做成环形作为螺线管芯一一螺 绕环，如图： 线圈中通入电流（励磁电流）后，铁磁质就被磁化。 n为线圈单位长度匝数，根据有介质时的安培 环路定理，当励磁电流为时，环内的磁场强度： H=nl

上页 下页 返回 退出 把未磁化的均匀铁磁质做成环形作为螺线管芯——螺 绕环，如图： 线圈中通入电流(励磁电流)后，铁磁质就被磁化。 n为线圈单位长度匝数，根据有介质时的安培 环路定理，当励磁电流为I时，环内的磁场强度： 一、磁化曲线和磁滞回线 H = nI 0 5 10 15 20 磁通计 A

B,u:t 铁芯中的B由磁通计上的 次级线圈测出，这样，通过改 B-H S 变励磁电流，可得到对应的一 组B和H的值，从而给出一条 关于试样B一H的关系曲线称 为磁化曲线。 H 让美觉返司退

上页 下页 返回 退出 铁芯中的B由磁通计上的 次级线圈测出，这样，通过改 变励磁电流，可得到对应的一 组B和H的值，从而给出一条 关于试样B－H 的关系曲线称 为磁化曲线。 O H r B, B − H A C B S 0 5 10 15 20 磁通计 A

测得B与H的对应关系如 B,4t 图所示： B-H S 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H、称饱和磁场强度，相应的 B、称饱和磁感应强度。 根据u=B/H,可以求出不同H值对应的值， 可见值为变值。山与H的关系如上图虚线所示

上页 下页 返回 退出 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。 根据 ，可以求出不同H值对应的值， 可见值为变值。 与H 的关系如上图虚线所示。  = B / H O H r B, B − H A C B S

B 磁滞回线 B 当铁磁质达到饱和状态后， B 缓慢地减小H,铁磁质中的B并 不按原来的曲线减小，并且=0 时，B不等于0，具有一定值，这-H1- H。Hg 种现象称为剩磁。 要完全消除剩磁B,必须加 反向磁场，当B=0时磁场的值H。 ∠B 为铁磁质的矫顽力。 B 当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向 饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不 断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合 曲线一一 磁滞回线。 让美下觉返司速此

上页 下页 返回 退出 当铁磁质达到饱和状态后， 缓慢地减小H，铁磁质中的B并 不按原来的曲线减小，并且H=0 时，B不等于0，具有一定值，这 种现象称为剩磁。 要完全消除剩磁Br，必须加 反向磁场，当B=0时磁场的值Hc 为铁磁质的矫顽力。 磁滞回线 Br B H e d c O a f b B H Bs Hs Hc − Br − Hs − Hc − Bs 当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向 饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不 断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合 曲线——磁滞回线

二、 磁畴 在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常 强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电 子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到 饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为 磁畴。 单晶磁畴结构示意图 多晶磁畴结构示意图

上页 下页 返回 退出 二、 磁畴 单晶磁畴结构示意图 多晶磁畴结构示意图 在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常 强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电 子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到 饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为 磁畴

单晶磁畴结构示意图 多晶磁畴结构示意图 在没有外磁场作用时，每个磁畴中磁矩取向一 致，但不同磁畴中磁矩取向各不相同，整个磁体平 均磁矩为零，宏观上不显磁性。 王贰下文返面退

上页 下页 返回 退出 单晶磁畴结构示意图 多晶磁畴结构示意图 在没有外磁场作用时，每个磁畴中磁矩取向一 致，但不同磁畴中磁矩取向各不相同，整个磁体平 均磁矩为零，宏观上不显磁性

在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时 的磁能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果 是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利 地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与 外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁 场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全 部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后 再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排 列，这时磁化达到饱和

上页 下页 返回 退出 H  在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时 的磁能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果 是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利 地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与 外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁 场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全 部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后 再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排 列，这时磁化达到饱和

当外磁场逐渐减弱到零时，已被磁化的铁磁体 内的各个磁畴由于受到阻碍它们转向的摩擦阻力， 不能恢复到磁化前的状态，从而使磁体内部保留了 部分磁性，表现为剩磁。 高温和振动去磁：通过分子热运动或振动，破 坏了磁体中磁畴的规则排列。 磁畴的结构和形状已可 以通过实验手段观察到，图 示为磁畴结构的显微照片 铁磁体在交变磁化磁场 的作用下，它的形状随之改 变，叫做磁致伸缩效应。 让美不觉通司退成

上页 下页 返回 退出 当外磁场逐渐减弱到零时，已被磁化的铁磁体 内的各个磁畴由于受到阻碍它们转向的摩擦阻力， 不能恢复到磁化前的状态，从而使磁体内部保留了 部分磁性，表现为剩磁。 磁畴的结构和形状已可 以通过实验手段观察到，图 示为磁畴结构的显微照片 高温和振动去磁：通过分子热运动或振动，破 坏了磁体中磁畴的规则排列。 铁磁体在交变磁化磁场 的作用下，它的形状随之改 变，叫做磁致伸缩效应

三、磁性材料的分类 根据材料磁滞回线的不同，可将材料分为软磁材 料和硬磁材料。 软磁材料 矫顽力很小(H<102Am)，磁滞 回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小， 易磁化，也易退磁。 H 适用于交变磁场中，常用作变压器、继 电器、电动机、电磁铁和发电机的铁芯。 当铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化时，由于 磁体内分子状态的不断改变，分子振动加剧导致磁体发 热，温度升高，损耗了磁化电流的能量。这种在反复磁 化过程中能量的损失叫磁滞损耗。磁滞回线所围的面积 越大，磁滞损耗也越大。软磁材料磁滞损耗较小。 上文子返同退块

上页 下页 返回 退出 B H O 矫顽力很小(Hc<102A·m-1)，磁滞 回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小， 易磁化，也易退磁。 适用于交变磁场中，常用作变压器、继 电器、电动机、电磁铁和发电机的铁芯。 软磁材料 三、 磁性材料的分类 根据材料磁滞回线的不同，可将材料分为软磁材 料和硬磁材料。 当铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化时，由于 磁体内分子状态的不断改变，分子振动加剧导致磁体发 热，温度升高，损耗了磁化电流的能量。这种在反复磁 化过程中能量的损失叫磁滞损耗。磁滞回线所围的面积 越大，磁滞损耗也越大。软磁材料磁滞损耗较小