2.1磁场 磁性材料
磁性材料有哪些
磁性材料有哪些
磁性材料是一类可以产生磁场并对外界磁场作出响应的材料，广泛应用于电子、通讯、医疗、能源等领域。
磁性材料主要分为铁磁性材料、铁氧体、钕铁硼磁体和软磁材料等几大类。
下面我们将分别介绍这些磁性材料的特点和应用。
铁磁性材料是最常见的一类磁性材料，具有良好的磁导性和磁导率，主要包括铁、镍、钴及其合金。
铁磁性材料在电机、变压器、传感器等领域有着广泛的应用，其磁性能稳定，能够长时间保持磁性。
铁氧体是一类氧化铁和过渡金属氧化物组成的磁性材料，具有较高的磁导率和
电阻率，广泛应用于电磁波吸收、微波器件、电感器等领域。
铁氧体材料在电磁兼容性方面表现出色，能够有效抑制电磁干扰，保障电子设备的正常工作。
钕铁硼磁体是一种稀土永磁材料，具有极高的磁能积和矫顽力，被广泛应用于
电机、传感器、声学器件等领域。
钕铁硼磁体在小型化、轻量化设备中有着重要的地位，其磁性能稳定，能够长时间保持高磁感应强度。
软磁材料是一类低矫顽力、低磁能损耗的磁性材料，主要包括硅钢片、镍铁合
金等。
软磁材料在变压器、电感器、传感器等领域有着重要的应用，其磁化特性稳定，能够有效降低铁芯损耗，提高电能转换效率。
总的来说，磁性材料在现代工业和科技领域中有着重要的地位，不同类型的磁
性材料在不同领域具有各自独特的应用优势。
随着科技的不断发展，磁性材料的研究和应用将会更加广泛和深入，为人类社会的进步和发展提供更多可能性。
磁的基本知识：磁场磁路磁性材料
磁的基本知识：磁场、磁路、磁性材料线圈通入电流时，在其周围会产生磁场。
把线圈套在铁心上，磁场会加强而且集中，并能吸引铁磁物质，使之运动。
电磁吸盘、电磁阀、接触器、继电器等许多电气设备就是利用这种原理制成的。
磁场被认为是一种能量，能吸引铁磁物质运动做功，把线圈通入的电能转化为铁质运动的机械能。
借助于磁场，很容易实现电能和机械能的相互转换，导线切割磁场运动，导线会产生感应电动势，基于这种原理制成的发电机，就是把机械能转换为电能的一个实例。
通电的导体在磁场中会受力运动，基于这种原理制成的电动机，就是借助于磁场实现电能转换成机械能的实例。
变压器是借助磁场的变化，使一种电压等级的交流电能转化为另一种电压等级的电能。
以上事实说明了，一个电工仅掌握电路方面的知识，而不掌握磁路、磁场方面的知识，那么，他的知识是残缺不全的。
从本节课开始将分四篇来学习有关知识，内容不是具体介绍每个电气设备的电磁原理，而是介绍它们共有的最基本的磁知识。
这样，在学习各个电气设备时，才有扎实的基础。
（有些部分在初级电工基础知识里面也是接触过的，这里再加深一次）。
磁场和磁路如图下图a所示，线圈通入电流I时，在其周围产生磁场。
在图中，磁场用虚线形象化地表示，称为磁力线。
磁力线箭头方向表示磁场方向，磁力线是无始无终的闭合回线。
产生磁场的电流称为励磁电流或激磁电流，电流值与线圈匝数N 的乘积IN称为磁动势F，记作F=IN，单位为安匝。
所产生的磁场方向与励磁电流方向之间符合右螺旋定则。
磁场方向常用南（S）、北(N ）极来描述，图a中，线圈上方为S极，下方为N极，把线圈包含的一段磁路称为内磁路，未包含的磁路（即空气中的磁路）称为外磁路，外磁路的磁场方向由N极指向S极，内磁路磁场方向则由S极指向N极。
为使较小的励磁电流能产生较大的磁场，并把磁场集中在一定范围内加以利用，常把线圈套在由铁磁材料制成的一定形状的铁心中。
图b是电磁铁未吸合时的磁路。
由于铁磁材料容易导磁，故大部分磁力线在铁心中形成闭合回路，这部分磁通称为主磁通Φ，另外一小部分磁力线则不经过铁心而经过空气形成闭合回路，这部分磁通称为漏磁通，记作Φs。
磁学基础与磁性材料
磁学基础与磁性材料1. 引言磁学是研究磁场和磁性材料特性的学科。
磁性材料是一类具有磁性的材料，它们在外加磁场作用下会发生磁化现象，并且具有一系列特殊的磁性特性。
磁学基础是理解和研究磁性材料的基础，本文将介绍磁学基础的一些重要内容，以及常用的磁性材料。
2. 磁学基础2.1 磁场磁场是指存在于一个区域内的磁力场。
磁场由磁针、磁体等产生，其物理量可以用矢量表示。
在磁学中，我们常常用磁感应强度（B）表示磁场的强弱，单位是特斯拉（T）。
2.2 磁矩磁矩是一个物体产生磁场的特性量。
它是由物体内部微观电荷或电流的旋转运动所导致的。
磁矩可以用矢量表示，它的单位是安培·米（A·m^2）。
2.3 铁磁性材料铁磁性材料是一类具有较强磁性的材料。
在外加磁场下，铁磁性材料可以产生自发磁化现象，并且保留很长时间。
常见的铁磁性材料有铁和钙钛矿结构的氧化物等。
2.4 顺磁性材料顺磁性材料是一类具有较弱磁性的材料。
在外加磁场下，顺磁性材料会发生磁化现象，但是磁化程度相对较弱。
常见的顺磁性材料有铁氧体和氯化亚铁等。
2.5 抗磁性材料抗磁性材料是一类对磁场几乎没有响应的材料。
在外加磁场下，抗磁性材料只会发生微弱的磁化现象，并且在去掉磁场后会迅速恢复到无磁化状态。
常见的抗磁性材料有铜和锌等。
3. 磁性材料的应用3.1 磁存储器件磁性材料在磁存储器件中有着重要的应用。
磁存储器件利用磁性材料的特殊磁性特性，实现数据的存储和读取。
常见的磁存储器件有硬盘、软盘和磁带等。
这些设备利用磁性材料在外加磁场下能够保持和改变磁化方向的特性，实现数据的读写。
3.2 磁共振成像磁性材料在医学中有着广泛的应用。
磁共振成像（MRI）是一种利用磁性材料的原理来获取人体器官结构和功能信息的影像技术。
在MRI中，磁性材料被放置在磁场中，通过测量磁场变化来获取图像。
磁性材料在MRI中起到了重要的作用，它们对磁场的响应可以提供丰富的图像信息。
3.3 传感器和执行器磁性材料在传感器和执行器中有着广泛的应用。
磁性材料基础知识
互感的大小与两线圈 匝数的乘积和互感磁通所 经磁路的磁导成正比。
3.6 磁链、电感和能量
• 磁场的能量密度 单位体积磁场储能
w 1H B 1 H 211B 2
2 2
2
• 电感储能
A1Li2 1BH dv
µm=i·A
磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义,存在关系：
jm=µ0µm ,µo=4π×10-7H·m-1 ，真空磁导率
2.1 磁性来源
磁化强度M
单位体积磁体内磁偶极子的磁偶极矩矢量和称为磁极化强度Jm ；
J m V jm
W Wb b·m m -22
单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为磁化强度M
i
LNNNiN2
i i i R m R m
磁路的欧姆定律：
F N H i B l llS R m m
磁路的欧姆定律：
F N H i B l llS R m m
自感 L Ψ i N i Φ N ( F i m ) N ( N i m ) iN 2 m
N ——线圈匝数
I
Ink
i
3.3 安培环路定理
2. 验证：
（1）设闭合回路 l 为圆形回路,
载流长直导线位于其中心
B 0I
lB dl2π2Rπ0IRdl 0I dl
2πR l
I B
dl
oR
l
l 设 l 与 I 成右螺旋
关系
3.3 安培环路定理-应用
求载流螺绕环内的磁场 （已知 n N I）
1） 对称性分析；环内 B 线为同心圆，环外 B 为零.
内部交流报告
磁场和磁性材料的性质和“磁滞”现象
磁场和磁性材料的性质和“磁滞”现象磁场和磁性材料的性质以及“磁滞”现象磁场是一种无形的力场，可以对磁性物质产生作用，而磁性材料则是具有磁性的物质，可以在磁场中受到力的作用。
磁场和磁性材料的性质以及磁滞现象是物理学中的一个重要研究领域，涉及到许多基础知识和应用技术。
1. 磁场的性质磁场具有以下几个基本性质：1.1 磁场线磁场线是用来描述磁场分布的一种图示方法，磁场线是从磁南极指向磁北极的闭合曲线，磁场线的密度可以表示磁场的强弱。
1.2 磁感应强度磁感应强度是描述磁场对磁性物质作用力大小的一个物理量，单位是特斯拉（T）。
1.3 磁场方向磁场方向可以用小磁针的指向来描述，小磁针在磁场中静止时，其北极所指的方向即为磁场方向。
1.4 磁通量磁通量是磁场穿过某一面积的总量，单位是韦伯（Wb）。
2. 磁性材料的性质磁性材料具有以下几个基本性质：2.1 磁化强度磁化强度是描述磁性材料被磁化程度的一个物理量，单位是安培/米（A/m）。
2.2 磁化方向磁化方向是磁性材料内部磁矩的排列方向，通常用小磁针的指向来描述。
2.3 磁化率磁化率是描述磁性材料磁化程度与外部磁场强度关系的物理量，单位是特斯拉/安培/米（T/A·m）。
剩磁是指磁性材料在去磁后，仍保留一定磁化的现象。
剩磁的大小和方向决定了磁性材料的磁性。
3. 磁滞现象磁滞现象是指磁性材料在反复磁化过程中，磁化强度和磁化方向之间产生滞后现象的现象。
磁滞现象是由于磁性材料的微观结构决定的，主要表现在以下几个方面：3.1 磁滞回环磁滞回环是磁性材料在磁化过程中，磁化强度与磁场强度之间的关系曲线。
磁滞回环的大小和形状反映了磁性材料的磁滞特性。
3.2 磁滞损耗磁滞损耗是磁性材料在磁化过程中产生的能量损耗，表现为磁场能量的转化为热能。
磁滞损耗的大小与磁滞回环的面积成正比。
3.3 矫顽力矫顽力是磁性材料在去磁过程中，所需施加的反向磁场强度。
矫顽力的大小反映了磁性材料的磁滞特性。
磁场与磁性材料的相互作用
磁场与磁性材料的相互作用磁场是我们日常生活中经常遇到的现象之一，而磁性材料则是磁场作用的重要对象。
磁场与磁性材料之间存在着复杂而有趣的相互作用关系，本文将对这一关系进行探讨。
一、磁场的基本原理磁场是由具有磁性的物质产生的一种特殊力场。
根据安培定律，电流通过导线时会产生磁场。
磁场的强度用磁感应强度表示，单位为特斯拉。
磁场的方向则是从北极指向南极。
二、磁性材料的基本特性磁性材料是通过自身的微观结构使得其具有磁性的物质。
根据磁性的不同，可以将磁性材料分为铁磁性材料、抗磁性材料和顺磁性材料。
1. 铁磁性材料铁磁性材料是指具有自发磁化特性的物质。
铁、镍和钴是典型的铁磁性材料，它们在外部磁场的作用下会自发地形成磁畴，并且会保持一定的磁化强度。
2. 抗磁性材料抗磁性材料是指在外部磁场作用下会产生与磁场相反的磁化强度的物质。
铜和银是典型的抗磁性材料，它们在外部磁场下会形成磁对称结构，减弱外部磁场的影响。
3. 顺磁性材料顺磁性材料是指在外部磁场作用下会产生与磁场相同方向的磁化强度的物质。
铝和锂是典型的顺磁性材料，它们的磁化强度与外部磁场成正比，但磁场消失后不保持磁化状态。
三、磁场对磁性材料的影响1. 磁场对铁磁性材料的影响铁磁性材料在外部磁场作用下会发生磁化。
当外部磁场作用时，铁磁性材料的磁化强度会增加，而当外部磁场消失时，铁磁性材料会保持一定的磁化强度，即产生剩余磁化。
2. 磁场对抗磁性材料的影响抗磁性材料在外部磁场作用下会产生反向磁化。
当外部磁场作用时，抗磁性材料的磁化强度会减小，而当外部磁场消失时，抗磁性材料会恢复到原来的磁化强度。
3. 磁场对顺磁性材料的影响顺磁性材料在外部磁场作用下会产生与磁场相同方向的磁化。
当外部磁场作用时，顺磁性材料的磁化强度会增加，而当外部磁场消失时，顺磁性材料不会保持磁化状态。
四、磁性材料对磁场的影响除了磁场对磁性材料的影响外，磁性材料也可以对磁场产生一定的影响。
1. 铁磁性材料对磁场的影响当磁性材料中存在铁磁性物质时，磁场的磁感应强度会增强。
磁场的产生与磁性材料
磁场的产生与磁性材料磁场是由电流所产生的一种物理现象，当电流通过一根导线时，周围就会形成一个环绕导线的磁场。
磁性材料则是指具有磁性的物质，能够吸引或排斥其他物质。
那么，磁场是如何产生的？磁性材料又是如何影响磁场的呢？一、磁场的产生磁场的产生是由于电流所携带的电荷在其运动中形成的。
根据安培定律，电流所产生的磁场与电流强度成正比。
具体而言，当电流通过一根导线时，其周围会产生一个环绕导线的磁场，其方向可以通过安培定则来确定。
如果电流的方向是垂直朝上的，则磁场的方向是按逆时针方向环绕导线；如果电流的方向是垂直朝下的，则磁场的方向是按顺时针方向环绕导线。
二、磁性材料的影响磁性材料是一种可以在磁场中表现出特殊性质的物质。
在磁场中，磁性材料可以被吸引或排斥。
这是由于磁性材料的微观结构具有特殊的磁性性质所致。
根据磁性材料的性质，可以将其分为铁磁材料、亚铁磁材料和顺磁材料三类。
1. 铁磁材料铁磁材料是指在外磁场作用下会表现出强烈磁性的材料。
铁、镍和钴是典型的铁磁材料。
在外磁场的作用下，铁磁材料的原子会重新排列，使材料中的磁性离子呈现出同一方向的磁矩，从而增强了磁场的强度。
铁磁材料在外磁场作用下可以成为临时磁体，但在外磁场消失后，其磁性也会随之消失。
2. 亚铁磁材料亚铁磁材料是指在外磁场作用下表现出较弱磁性的材料。
例如，铬和锰。
与铁磁材料不同，亚铁磁材料的磁矩并不会完全排列在同一方向上，因此，即使在外磁场的作用下，亚铁材料也只会表现出弱磁性。
3. 顺磁材料顺磁材料是指在外磁场中会被磁化的材料，但其磁场较弱且与外磁场方向一致。
顺磁材料的磁矩与外磁场方向呈现一致性，但其磁性非常弱，因此在实际应用中，顺磁材料的磁性很容易被干扰或消除。
总的来说，磁性材料对磁场的产生和影响是通过其微观结构中的磁性离子和磁矩相互作用而实现的。
结论磁场的产生是由电流所携带的电荷所形成的，并且其方向与电流方向有关。
磁性材料通过其特殊的磁性性质影响着磁场，分为铁磁材料、亚铁磁材料和顺磁材料三种类型，每种类型都有不同的磁性表现。
磁场与磁性材料的控制
磁场与磁性材料的控制磁场是物质在运动中产生的一种物理现象，它广泛应用于科技和工程领域。
而磁性材料则是在磁场作用下能够表现出磁性的材料。
磁场与磁性材料的控制是磁科学与技术的核心内容之一，它对于实现磁性材料的制备、磁性材料与磁场的相互作用研究以及应用于磁记录、磁传感器、磁存储器等领域具有重要意义。
一、磁场对磁性材料的影响在磁场的作用下，磁性材料的磁性和磁化过程会发生变化。
首先，磁场能够改变磁性材料内部的自旋排列。
例如，对于铁磁材料，磁场可以引起磁性材料内部的自旋重新排列，使得原本无序的自旋变得有序，从而形成磁畴。
这种磁畴的产生和变化直接影响了磁性材料的整体磁性。
其次，磁场还可以改变磁性材料中的磁矩方向。
通过改变磁场的方向和强度，可以实现磁矩的定向和翻转，从而控制磁性材料的磁化过程和性能。
二、磁性材料对磁场的响应与磁场对磁性材料的影响类似，磁性材料对磁场的响应也十分重要。
首先，磁性材料可以吸收和储存磁能。
在外界磁场作用下，磁性材料会发生磁化，从而吸收磁能。
当外界磁场被移除时，磁性材料可以释放储存的磁能。
这种特性被广泛应用于磁存储器和磁传感器等领域。
其次，磁性材料还可以通过外界磁场来改变其物理性质。
例如，通过调节外界磁场的强度和方向，可以改变磁性材料的电阻、介电常数等性质，从而实现磁性材料在电子器件和传感器中的应用。
三、控制磁场与磁性材料控制磁场与磁性材料是磁科学与技术的核心课题之一。
为了实现对磁场和磁性材料的精确控制，人们提出了许多方法和技术。
其中，应用外部磁场是最常用的一种方法。
通过调节外部磁场的方向、强度和频率，可以实现对磁性材料的磁化和磁性的控制。
此外，还可以借助磁屏蔽技术来排除或减弱外部磁场对磁性材料的影响。
在磁屏蔽技术中，通常采用软磁材料或铁磁材料来吸收和屏蔽外部磁场，以保护磁性材料的性能和稳定性。
在磁场与磁性材料的控制过程中，还需要考虑磁场的稳定性和均匀性。
为了保证磁场的稳定性，通常采用超导磁体或永磁体来产生稳定的磁场。
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√
√ 磁场是人们设想的，实际上并不存在。 B. C. √ 磁场是一种客观存在的物质。 D. √ 所有磁体周围都存在磁场 。
A. 磁体的相互作用是通过磁场发生的。
2. 关于磁场的正确说法是（ ）
3. 一条竖直放置的长直导线，通有由
下向上的电流，在他正东方某处的磁场方
向为（ ）
A. 向东
B. 向西
C. √ 向南
D. 向北
4. 通电螺线管附近放置四个小磁针，如 图所示，当小磁针静止时，图中小磁针的指 向可能的是(涂黑的一端为N极) （ ）
√
5. 磁体周围的磁感线不可能 （ ） A. 从磁体的N极出来，回到磁体的S极 C. √ 相互交叉重叠 D. √ 具有确定的条数
B. 具有方向性
6. 首先发现电流周围存在磁场的物理学家是
4. 磁性材料
① 分为软磁性材料和硬磁性材料。
② 磁性材料在生活中的应用。
课堂练习
1. 下列关于磁场的说法中，正确的是（ ） A. 只有磁铁周围才存在磁场 。 B. 磁场是假想的，不是客观存在的。 C. 磁场只有在磁极与磁极、磁极和电流发 生作用时才产生。 D. 磁极与磁极，磁极与电流、电流与电流 之间都是通过磁场发生相互作用。
探究
两条通电导线之间的作用
+ 如图所示，将两根导线 靠近挂在一起，使导线中通 有电流，观察导线变化。
结论：通电导线之间会通 过磁场发生相互作用。 -+
- -
++
总结：磁体或电流在空间产生磁场，而磁
场对其中的磁极或通电导线有力的作用。
3.安培分子电 流假说
观察
那么它们的磁 场是否有相同 的起源呢？
探究
L 干簧管
干簧管的应用
L
220V 用干簧管继电器 控制灯泡的亮灭 J
S E
E
干簧管控制电路
干簧管可以作为磁接近开关或者继电器 使用，广泛应用于微波炉、程控交换机、复 印机、照相机、洗衣机、电冰箱、移动电话 机等。
2.磁场
两个通电导线之 间通过磁场会发 生作用吗？
磁铁和电流都能产生磁场
磁场对磁极有力的作用
在归纳初中学习的有关此现象知识的基 础上，进一步学习磁现象在实际生活技 术中的应用。 通过类比法学习分子电流假说，培养 科学创新推理的逻辑思维能力。 通过了解磁性材料与日常生活有着密切 的关系，培养学习物理知识的兴趣。
3. 情感态度与价值观
学习勇于创新，科学推理的精神。 通过日常生活中物理知识的广泛应用， 激发学习物理知识的兴趣。
教学重难点
重点：
知道安培分子电流假说。
磁现象在日常生活中的应用。
难点:
用安培分子电流假说解释现象。 干簧管在生活中的应用。
本节导航
1. 磁化现象 2. 磁场 3. 安培分子电流假说 4. 磁性材料
1. 磁化现象
（1）磁化现象
物体在外磁场作用下显示磁性的现。
（2）干簧管
结构：一对磁性材料 制成的弹性舌簧组成 原理：根据磁化现象制 成，当磁铁或通电线圈 靠近时，两个舌簧被磁 化互相吸引，两个舌簧 接触，开关闭合；当移 去磁铁或线圈断电，磁 力消失，开关断开。
一根磁棒分子电流取向大致相同。两端对外
显示较强的磁作用，形成磁极，磁棒内分子 电流的磁场总是有两个磁极，因此把磁棒折 成多么短的一段，每段仍然有两个磁极。
分子电流
铁棒分子电流取向
4.磁性材料
磁 性 材 料
软磁性材料：磁化后容易去掉磁性的物质。 适用于需要反复磁化的场合：半导体收 音机的天线磁棒、录音机的磁头、变压 器、电磁铁的铁芯干簧管的舌簧等。
硬磁性材料：不容易去掉磁性的物质。 适合制成永磁铁：应用在磁电式仪表、 扬声器、话筒等电器设备中。
课堂小结
导入新课
我们生活在磁的海洋中……
回顾
磁极之间力的 作用是通过磁 场发生的
第二章 磁场
教学目标
1. 知识与能力
初步了解磁化现象。 了解磁极之间、通电导线对磁极、通电 导线之间的相互作用力是通过磁场发生 的。 初步了解安培分子电流假说。 初步了解磁性材料和我们日常生活的关 系。
2. 过程与方法
丹麦的________。 奥斯特
7. 安培的_________假说揭示了磁现象_____。 分子电流
假说认为：在原子、分子内部存在一种______电 本质 磁极 流，它的两侧相当于两个_______，磁化现象就 分子 分子 是_______电流在外磁场作用下顺序排列的过程。
问题与练习
1. 每个分子电流的磁场都有两个磁极，
1. 磁化现象 ① 概念：物体在外磁场作用下显示磁性的现象。 ② 应用：干簧管 2. 磁场 磁体或电流在空间产生磁场，而磁场对其中的 磁极或通电导线有力的作用。
3. 分子电流假说： 安培认为构成磁体的分子内部存在一种环 形电流——分子电流。由于分子电流的存在， 每个磁分子成为小磁体，两侧相当于两个磁极。 通常情况下磁体分子的分子电流取向是杂乱无 章的，它们产生的磁场互相抵消，对外不显磁 性。当外界磁场作用后，分子电流的取向大致 相同，分子间相邻的电流作用抵消，而表面部 分未抵消，它们的效果显示出宏观磁性。
分子电流假说：安培认为构成磁体的
分子内部存在一种环形电流——分子电流。由 于分子电流的存在，每个磁分子成为小磁体， 两侧相当于两个磁极。通常情况下磁体分子的 分子电流取向是杂乱无章的，它们产生的磁场 互相抵消，对外不显磁性。当外界磁场作用后， 分子电流的取向大致相同，分子间相邻的电流 作用抵消，而表面部分未抵消，它们的效果显 示出宏观磁性。 当磁体受到高温或猛烈撞击时会失去磁性，是 因为激烈的热运动或震动使分子电流的取向又 变的的杂乱无章了。