《磁场中的铁磁体》课件

《磁场中的铁磁体》探索磁场与铁磁体之间的奇妙关系！什么是磁场？磁场定义磁场产生磁场是磁体周围空间存在的特殊物质，它对运动电荷或磁体产生磁场是由运动电荷或电流产生的磁体内部存在着大量有序排列力的作用的磁矩，从而产生磁场磁场的基本性质方向性磁场强度12磁场具有方向性，用磁力线来磁场强度是描述磁场强弱的物表示，磁力线的方向即磁场方理量，单位是特斯拉（T）向磁场叠加3多个磁场的叠加遵循矢量叠加原理，即多个磁场合成的磁场强度等于各个磁场强度矢量的和如何描述磁场磁力线磁场强度磁通量磁力线是用来描述磁场方向的曲线，磁场强度是一个矢量，它描述磁场对磁通量是通过某一面积的磁力线的总它们是假想的曲线，磁力线越密，磁磁体的力的方向和大小数，单位是韦伯（Wb）场越强磁场的研究历史公元前200年，中国人发明指南针，成为最早的磁场应用11820年，奥斯特发现电流周围存在磁场，开创了电磁学研究2新纪元1831年，法拉第发现电磁感应现象，为电磁学理论奠定了基3础1873年，麦克斯韦提出了完整的电磁理论，将电磁学与光学4统一起来为什么要了解磁场中的铁磁体？广泛应用磁场和铁磁体在电机、发电机、变压器、磁存储设备等领域有着广泛的应用技术进步对磁场和铁磁体的深入研究推动了相关技术的发展，例如磁悬浮列车、磁共振成像等未来展望未来，磁场和铁磁体将在新能源、航空航天等领域发挥更加重要的作用什么是铁磁体？铁磁体1物质2铁磁体是一类物质，它们在磁场中表现出强烈的磁性，且可以被永久磁化磁性3铁磁体内部存在着大量有序排列的磁矩，使得它们能够被磁化，并产生磁场原子结构铁磁体原子的电子自旋方向一致，使得原子具有磁矩，并相互作用形成4磁畴铁磁体的基本特性强磁性1磁化2铁磁体可以被磁化，即在磁场作用下，其磁矩排列变得更加有序，从而增强磁性磁滞现象铁磁体磁化后，即使撤去外磁场，仍然会保留一定的磁性，这称为磁滞现象3居里温度4铁磁体在超过居里温度后，磁性会消失，变成顺磁性物质铁磁体的磁化过程12无磁化磁化开始铁磁体内部的磁畴随机排列，磁性很当铁磁体处于弱磁场中，磁畴开始沿弱着磁场方向排列34部分磁化饱和磁化随着磁场强度增加，越来越多的磁畴当磁场强度足够大时，所有磁畴都沿沿着磁场方向排列，磁性增强着磁场方向排列，磁性达到最大值磁滞现象磁滞现象磁滞曲线铁磁体磁化后，即使撤去外磁场，仍然会保留一定的磁性磁滞现象可以用磁滞曲线来描述，它反映了铁磁体磁化和退磁过程的磁化强度变化关系磁化曲线磁化强度和磁化率磁化强度磁化率磁化强度是指单位体积铁磁体的磁矩总和，表示铁磁体被磁化的磁化率是指铁磁体在磁场作用下磁化强度的变化与磁场强度的比程度值，反映铁磁体对磁场的敏感程度自发磁化磁畴原子磁矩磁畴排列铁磁体内部存在着称为磁畴的区域，每个铁磁体原子的电子自旋方向一致，使得原不同的磁畴之间，磁矩方向可能不同，导磁畴内的原子磁矩都整齐排列，形成自发子具有磁矩，并相互作用形成磁畴致整体上铁磁体没有明显的磁性磁化居里温度低于居里温度时，铁磁体内部的磁畴保持有序排列，1具有强磁性超过居里温度后，铁磁体内部的原子热运动剧烈，磁2畴的排列变得无序，磁性消失顺磁性和反铁磁性顺磁性反铁磁性顺磁性物质在磁场作用下被弱磁反铁磁性物质内部的原子磁矩反化，磁化方向与外磁场方向一致向排列，使得整体上没有磁性，，但在撤去磁场后，磁性消失但在强磁场中可以被弱磁化磁性材料的分类铁磁材料顺磁材料反铁磁材料具有强磁性，可以被永久磁化，例如铁、在磁场作用下被弱磁化，磁化方向与外磁内部原子磁矩反向排列，整体没有磁性，钴、镍场方向一致，例如铝、铂例如氧化锰软磁材料和硬磁材料软磁材料硬磁材料易于磁化和退磁，磁滞回线窄，磁性容易消失，例如铁磁合难以磁化，但磁化后不容易退磁，磁滞回线宽，磁性容易保金留，例如永磁体电磁感应现象现象描述闭合电路中的导体在磁场中运动，或磁场发生变化时，电路中会产生感应电流，这就是电磁感应现象本质电磁感应现象是由于磁场变化产生的电场，从而驱动导体中的自由电子运动产生感应电流电磁感应定律定律1磁通量变化2闭合电路中的感应电动势大小等于穿过电路的磁通量变化率方向3感应电流产生的磁场方向总是阻碍引起感应电流的磁通量变化应用4电磁感应定律是发电机、变压器等电磁设备工作原理的基础电磁感应在电机中的应用电机1工作原理2电机利用电磁感应现象，将电能转换为机械能结构3电机主要由定子和转子组成，定子产生磁场，转子在磁场中旋转应用4电机应用广泛，例如家用电器、工业生产、交通运输等电磁感应在发电机中的应用12发电机工作原理发电机利用电磁感应现象，将机械能发电机利用机械力驱动线圈在磁场中转换为电能旋转，从而产生感应电流3应用发电站、风力发电、水力发电等都利用了发电机电磁感应在变压器中的应用变压器应用变压器利用电磁感应现象，改变交流电的电压和电流变压器广泛应用于电力系统，例如升压变压器、降压变压器交流电的发展史1831年，法拉第发现电磁感应现象，为交流电的1888年，特斯拉发明交流发电机和交流电机，并发展奠定了基础提出交流电的优势12341882年，爱迪生发明直流发电机，并建立了直流19世纪末，交流电逐渐取代直流电，成为主要的供电系统电力传输方式交流电在生活中的应用照明家用电器交流电用于驱动各种灯泡，为我们的交流电用于驱动冰箱、空调、洗衣机生活提供光照等各种家用电器电子设备交流电通过变压器转换为直流电，用于为计算机、手机等电子设备供电交流电与直流电的对比交流电直流电电流方向周期性变化，电压大小和方向也周期性变化，可以用正电流方向始终不变，电压大小和方向也始终不变，可以用直线表弦曲线表示示交流电在工业中的广泛应用电力系统工业生产交流电是主要的电力传输方式，交流电驱动电机，为各种工业设用于输送电力到工业和民用地区备提供动力，例如机器、工厂、矿山等电气设备交流电广泛应用于各种电气设备，例如电焊机、电炉、电磁起重机等电磁感应产生的涡流涡流现象当导体在变化的磁场中运动，或导体自身处于变化的磁场中，导体内会产生环形的电流，称为涡流涡流方向涡流方向根据楞次定律确定，它产生的磁场总是阻碍引起涡流的磁场变化能量损耗涡流会产生热量，造成能量损耗，在某些情况下需要抑制涡流涡流在工业中的应用涡流应用1感应加热2利用涡流产生的热量进行金属加热，例如感应加热炉、感应加热器磁悬浮3利用涡流产生磁力，实现物体的无接触悬浮，例如磁悬浮列车、磁悬浮轴承无损检测4利用涡流产生的磁场变化来检测金属材料内部缺陷，例如涡流探伤磁流体力学及其在航天中的应用磁流体力学1研究内容2磁流体力学研究导电流体在磁场中的运动规律，以及磁场对导电流体运动的影响航天应用磁流体力学在航天领域有着广泛的应用，例如等离子体推进、磁流体力学发电3等未来展望未来，磁流体力学将在太空探索、能源利用等领域发挥更加重4要的作用磁场对人体的影响12生物效应医疗应用强磁场对人体有一定的生物效应，例磁共振成像（MRI）利用强磁场来诊断如影响神经系统、心血管系统等疾病，对人体没有明显的伤害3安全防护在使用强磁场设备时，需要做好安全防护，避免长时间暴露在强磁场中本课程的总结与展望课程总结未来展望本课程系统地介绍了磁场和铁磁体的基本知识，以及它们在各个未来，磁场和铁磁体将在新能源、航空航天、材料科学等领域发领域的应用挥更加重要的作用。