电工基础036第36课时铁磁物质

磁场的基本物理量和基本定律•1．磁感应强度B任何磁体都有两个磁性最强的区域磁体具有磁性的物体磁极指向地球北极的磁极，用N表示在无外力阻碍下，其中指向地球南极的磁极，用S表示南极北极•磁场------磁体周围存在磁力作用的空间它可看成一种传递磁力作用的特殊物质，磁场是有强弱和方向的•磁场方向在磁场中某点处放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N极所指的方向图10-2条形磁体的磁感线SN磁感线特征•(1)磁感线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。•(2)磁感线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极，如图10-2所示。•(3)磁感线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁感线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。磁感应强度•磁感应强度B(磁通密度)---垂直通过单位面积的磁感线的多少B=Φ/S在均匀磁场中，磁通Φ的单位为Wb，称为韦伯；面积的单位为m2；磁感应强度B的单位是T，称为特斯拉，简称特。•磁感应强度B是个矢量。B不但表示了某点磁场的强弱，而且还能表示出该点磁场的方向。•某点磁感应强度B的方向磁感线上该点的切线方向。•B的大小可以用特斯拉计进行测量。•均匀磁场------各点的磁感应强度的大小和方向相同的磁场。NS均匀磁场中的磁感线在均匀磁场中，磁感线是等距离的平行直线平面上如何表示B的方向•“×”表示B的方向是垂直进入纸面•“·”表示垂直从纸面出来2．磁通及磁通连续性原理磁通Φ----通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数用磁通量化磁场在一定面积上的分布情况。Φ=∫BdS磁通的连续性•磁通连续性即穿过任意闭合面上的磁通恒等于零，即Φ=∮B.dS=0•磁通的连续性可以这样来理解，即穿进某一闭合面的磁通，恒等于穿出此面的磁通。•由于磁通的连续性，可知磁感应线总是闭合曲线3．磁导率•用来表示媒介质导磁性能的物理量•用字母μ表示，其单位名称是亨利每米，简称亨每米，用符号H/m表示。•由实验测得真空中的磁导率μ0=4π×10-7H/m，为一常数。•相对磁导率μr----任一物质的磁导率与真空的磁导率的比值，即μr=μ/μ0式中μr---相对磁导率；μ---任一物质的磁导率；μ0---真空的磁导率。表明在其他条件相同的情况下，媒介质中的磁感应强度是真空中磁感应强度的多少倍。•顺磁物质μr稍大于1。如空气、铝、铬、铂等。•反磁物质μr稍小于1。如氢、铜等。顺磁物质与反磁物质一般被称为非磁性材料。•铁磁物质μr远大于1。如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等第四节铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化二、磁化曲线三、磁滞回线一、铁磁性物质的磁化1．磁化本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象称为该物质被磁化。只有铁磁性物质才能被磁化。2．被磁化的原因(1)内因：铁磁性物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域组成的，每一个磁畴相当于一个小磁铁。(2)外因：有外磁场的作用。如图5-7(a)所示，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显磁性；如图5-7(b)所示，当有外磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向作取向排列，形成附加磁场，使磁场显著加强。有些铁磁性物质在撤去磁场后，磁畴的一部分或大部分仍然保持取向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。图5-7铁磁性物质的磁化不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。铁磁性物质被磁化的性能，被广泛地应用于电子和电气设备中，如变压器、继电器、电机等。铁磁材料内部往往有相邻的几百个分子电流圈流向一致，这些分子电流产生的磁场叠加起来，就形成了一个个天然的小磁性区域—磁畴。不同铁磁物质内部磁畴的数量不同。通常情况下，铁磁材料内部的磁畴排列杂乱无章，其磁性相互抵消，因此对外不显示磁性。铁磁材料之所以具有高导磁性。是因为在其内部具有一种特殊的物质结构—磁畴。这些磁畴相当于一个个小磁铁。磁畴是怎么形成的？显然，磁畴是由分子电流产生的。(1)高导磁性有外磁场作用时磁畴在外界磁场的作用下，均发生归顺性转向，使得铁磁材料内部形成一个很强的附加磁场。一.铁磁物质的磁性能二、磁化曲线1．磁化曲线的定义磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的。铁磁性物质的磁感应强度B随磁场强度H变化的曲线，称为磁化曲线，也叫B—H曲线。5-4-1.swf3．分析(1)0~1段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当H从零开始增加时，B增加缓慢，称为起始磁化段。(2)1~2段：随着H的增大，B几乎直线上升，这是由于磁畴在外磁场作用下，大部分都趋向H方向，B增加很快，曲线很陡，称为直线段。图5-8磁化曲线的测定(3)2~3段：随着H的增加，B的上升又缓慢了，这是由于大部分磁畴方向已转向H方向，随着H的增加只有少数磁畴继续转向，B增加变慢。(4)3点以后：到达3点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方向，再增大H值，B也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为饱和段，此时的磁感应强度叫饱和磁感应强度。图5-8磁化曲线的测定图5-8磁化曲线的测定不同的铁磁性物质，B的饱和值不同，对同一种材料，B的饱和值是一定的。电机和变压器，通常工作在曲线的2~3段，即接近饱和的地方。4．磁化曲线的意义在磁化曲线中，已知H值就可查出对应的B值。因此，在计算介质中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。图5-9给出了几种不同铁磁性物质的磁化曲线，从曲线上可看出，在相同的磁场强度H下，硅钢片的B值最大，铸铁的B值最小，说明硅钢片的导磁性能比铸铁要好得多。图5-9几种铁磁性物质的磁化曲线0.1cbac硅钢片b铸钢a铸铁00.20.30.40.50.60.70.80.91.0×10312345678910×103H/A·m－1B/T0.20.40.60.81.01.21.41.61.8H/A·m－1几种常用铁磁材料的基本磁化曲线磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。1．磁滞回线的测定三、磁滞回线5-4-2.swf2．分析图5-10为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。(1)当B随H沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H的数值，由图可看出，B并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面的曲线ab下降。(2)当H减小到零时，B0，而是保留一定的值称为剩磁，用Br表示。永久性磁铁就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。图5-10磁滞回线(3)为消除剩磁，必须加反向磁场，随着反向磁场的增强，铁磁性物质逐渐退磁，当反向磁场增大到一定值时，B值变为0，剩磁完全消失，如图bc段。bc段曲线叫退磁曲线，这时H值是为克服剩磁所加的磁场强度，称为矫顽磁力，用HC表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物质保存剩磁的能力。(4)当反向磁场继续增大时，B值从0起改变方向，沿曲线cd变化，并能达到反向饱和点d。图5-10磁滞回线磁滞回线中H为零时B并不为零的现象说明铁磁材料具有剩磁性。BH0cba起始磁化曲线oa段是线性段ab段是上升段bc段是磁化曲线的膝部C点以后是饱和段起始磁化曲线反映了什么？起始磁化曲线的ab段反映了铁磁材料的高导磁性；c点以后说明铁磁材料具有磁饱和性。磁滞回线中B的变化总是落后于H的变化说明铁磁材料具有磁滞性。铁磁材料反复磁化一周所构成的曲线称为磁滞回线。二、铁磁材料的磁饱和性、磁滞性和剩磁性3．磁滞损耗铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生了能量损耗，称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。因此，磁滞回线的形状常被用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。图5-10磁滞回线图5-11基本磁化曲线软磁材料具有磁导率很高、易磁化、易去磁的显著特点，适用于制作各种电机、电器的铁心。软磁材料三、铁磁材料的分类和用途铁磁材料根据工程上用途的不同可以分为三大类：硬磁材料的磁导率不太高、但一经磁化能保留很大剩磁且不易去磁，适用于制作各种永久磁体。硬磁材料矩磁材料磁导率极高、磁化过程中只有正、负两个饱和点，适用于制作各类存储器中记忆元件的磁芯。矩磁材料BH0软磁性材料磁滞回线包围的面积很小。BH0硬磁性材料磁滞回线包围的面积很宽大。BH0