(完整word版)磁学基础与磁性材料+严密第一章、三章以及第七章答案
磁学基础与磁性材料+严密第一章、三章以及第七章答案
磁性材料的分类^《}第一章》第二章磁学基础知识答案：1、磁矩2、磁化强度3、·4、磁场强度 H5、磁感应强度 B磁感应感度，用B表示，又称为磁通密度，用来描述空间中的磁场的物理量。
其定义公式为（百度百科）磁感应强度（magnetic flux density），描述磁场强弱和方向的基本物理量。
是矢量，常用符号B表示。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
在物理学中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
6、磁化曲线磁化曲线是表示物质中的磁场强度H与所感应的磁感应强度B或磁化强度M之间的关系7、磁滞回线—（）（6 磁滞回线 (hysteresis loop)：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
）8、磁化率磁化率，表征磁介质属性的物理量。
常用符号x表示，等于磁化强度M与磁场强度H之比。
对于各向同性磁介质，x是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是一个二阶张量。
9、磁导率磁导率（permeability）：又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的一个物理量，可通过测取同一点的B、H值确定。
二'矫顽力----内禀矫顽力和磁感矫顽力的区别与联系矫顽力分为磁感矫顽力（Hcb）和内禀矫顽力（Hcj）。
磁体在反向充磁时，使磁感应强度B降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。
但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。
使磁体的磁化强度M降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。
在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。
(2)退磁场是怎样产生的能克服吗对于实测的材料磁化特性曲线如何进行退磁校正产生：能否克服：因为退磁场只与材料的尺寸有关，短而粗的样品，退磁场就很大，因此可以将样品做成长而细的形状，退磁场就将会减小。
电路与磁路教材答案(7章)
习题七一、填空题7-1 规定磁场中小磁针 北极（N 极） 极所指的方向为该点磁场的方向。
7-2 电流周围存在着磁场，其方向与电流符合 右手螺旋 定则。
7-3 当与回路交链的磁通发生变化时，回路中就要产生 感应电动势 ，它的大小与磁通的 变化率 成正比。
7-4 磁场强度H 和磁感应强度B 的大小关系为μBH =，方向___与该点磁感应强度（H ）方向一致__。
7-5 铁磁性物质被磁化的外因是___磁化场_______，内因是___具有磁畴结构________。
7-6 铁磁性物质在交变磁化过程中，磁感应强度B 的变化比磁场强度H 的变化滞后的现象称为 磁滞 。
7-7 用铁磁性材料作电动机及变压器铁心，主要是利用其_高导磁_特性，制作永久磁铁是利用其 剩磁 特性。
7-8 根据磁滞回线的形状，常把铁磁性物质分成__软磁材料__、_硬磁材料_ 、___矩磁材料___三类。
7-9 铁磁性物质的磁性能主要有 高导磁 性， 磁饱和 性、 磁滞 性和 非线 性。
7-10 通过磁路闭合的磁通称为_ 主_磁通，而穿出铁芯，经过磁路周围非铁磁性物质闭合的磁通称为 漏_磁通。
7-11 相同长度、相同横截面积的两段磁路，a 段为气隙，b 段为铸钢，这两段磁阻的正确关系是mb ma R R 〉。
7-12 无分支恒定磁通磁路的计算中，常将_材料 相同、_截面积_相等的部分划为一段，这样每一段都是均匀磁路。
7-13 铁心损耗包括_磁滞损耗_、__涡流损耗__两部分损耗，二者合称_铁__损耗。
（又称磁损耗_）_ 7-14 当交流铁芯线圈的电压为正弦波时，磁通为 正弦 波，由于磁饱和的影响，磁化电流是 尖顶 波。
二、选择题7-15 由电磁感应定律得，闭合回路中的感应电动势的大小（A ）。
A 与穿过这一闭合电路的磁通变化率成正比 7-16 磁滞损耗的大小与频率（B ）。
A 成反比 B 成正比 C 无关7-17 在电动机和变压器等电气设备中，常将铁芯用彼此绝缘的硅钢片叠成，其目的是为了（ A ）。
第1章磁学与磁性材料基础知识汇总
★ 静磁现象
磁矩 磁化强度M 磁场强度H和磁感应强度B 磁化率和磁导率 退磁场 静磁能
★ 材料的磁化 磁化曲线
磁滞回线
物质的磁性分类
★ 磁性与磁性材料的分类
磁性材料分类
1
1.1 静磁现象
▼磁场 电荷周围存在电场，可以用电力线来表示
电荷之间存在相互作用
F
k
q1q2 r2
那么磁场呢？是否有和电场相似的性质呢？
HCl,NO,有机化合物中的自由基 少数含有偶数个电子的化合物：
O2,有机物中的双自由基等
35
3. 反铁磁性（Antiferromagnetism)
反铁磁性是1936年首先由法国科学家Neel从理论上预言、 1938年发现，1949年被中子实验证实的，它的基本特征是存在 一个磁性转变温度，在此点磁化率温度关系出现峰值。
上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴起， 又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化之中， 课程只做初步介绍。
27
▼物质的磁性分类
按磁化率的大小，可将物质磁性分为五个种类：
★抗磁性 ★顺磁性 ★反铁磁性
普遍性 c 0 且绝对值也很小 d
遵守居里-外斯定律：c
P
T
C TP
0
存在奈尔温度 TN
（或离子），具有一定的磁矩，是无规分布的原子磁矩在外磁
场中的取向产生了顺磁性。此外，传导电子也具有一定的顺磁
性。
33
顺磁性
磁 场
顺磁性 cm=10-6 ~10-3 磁矩的排列与磁性的关系
34
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质： 过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd,
磁性物理第一章磁学基础知识
1
2
1
k ln (k
k 21
k
2
1)
1
k
长 短
半 半
径 径
28
球形体：Fd 1/60M2 细长圆柱体：Fd 1/ 40M2 薄圆板片：Fd 1/ 20Mz2
适用条件：磁体内部均匀一致，磁化均匀。 形状不同或沿不同的方向磁化时，Fd也不同，这种因形 状不同而引起的能量各向异性的特征——形状各向异性。
+m l
磁偶极矩： jmml
方向：-m指向+m
-m
单位：Wb∙m
/gnwkjdt/200909/t20090909_72692.htm
Dirac Strings and Magnetic Monopoles in the Spin Ice Dy2Ti2O7 2009, Science, 326(5951): 411-414.
H I 2r
r为环形圆圈半径，方向由右 手螺旋法则确定。
(3) 无限长直流螺线管：
HnI n：单位长度的线圈匝数，
方向沿螺线管的轴线方向。
13
H只是一个辅助量，通常用来计算电流的磁效应，涉及磁场 与其它物理量的相互作用时，一般需要使用磁感应强度B。
2、磁感应强度B
SI制中，令 B B 0 i ( H J M ) 0M 0 H 0 M
1 4 0
jm r3
3
jm r r5
r
H沿r 方向及使θ 角增加方向的分量计算：
在球坐标系中： e r re 1 r e rs1in
10
H
er
r
jm cos 40r2
e
1 r
jm cos 40r2
磁学基础与磁性材料
磁学基础与磁性材料1. 引言磁学是研究与磁场有关现象和材料性质的学科，包括磁场产生、磁场与物质相互作用等内容。
磁性材料是在外磁场的作用下表现出磁性的物质，具有广泛的应用领域，如电子设备、电力工业和医学等。
本文将介绍磁学基础与磁性材料的相关知识。
2. 磁学基础2.1 磁场磁场是指围绕物体的区域内存在磁力的场域，可以用磁感应强度(B)来表示。
磁场的基本特性包括方向和强度，方向由磁场的线方向表示，强度则表示单位面积上受到的磁场力。
2.2 磁矩在磁场中，物体会产生磁矩，磁矩又称为磁偶极矩，它是指物体在外磁场中所表现出来的磁特性。
磁矩的大小和方向取决于物体的形状、大小和组成。
2.3 磁性根据物质在外磁场中的行为，可以把物质分为顺磁性、抗磁性和铁磁性三类。
顺磁性物质在外磁场下会被吸引，抗磁性物质则会被排斥，而铁磁性物质则会被强烈地吸引。
3. 磁性材料3.1 铁磁性材料铁磁性材料是最常见的磁性材料，如铁、钴、镍等。
它们在外磁场作用下具有明显的磁性，能够保持磁性，并且可以产生较强的磁场。
铁磁性材料广泛应用于电机、变压器和磁盘等。
3.2 顺磁性材料顺磁性材料是指在外磁场下呈现出被吸引特性的材料，如铝、氧化铁等。
顺磁性材料的磁化强度与外磁场成正比，但是相对于铁磁性材料来说，顺磁性材料的磁化强度较小。
3.3 抗磁性材料抗磁性材料在外磁场下呈现出被排斥特性，如铜、银等。
与顺磁性材料不同，抗磁性材料的磁化强度与外磁场成反比。
4. 磁性材料的应用4.1 电子设备磁性材料在电子设备中有广泛的应用。
例如，用于计算机硬盘驱动器的磁盘片和读写头就是由磁性材料制成的。
此外，许多电子设备，如扬声器和电视机，也依赖磁性材料来转换电信号为声音和图像。
4.2 电力工业电力变压器中的铁芯和电磁线圈都是由铁磁性材料制成的。
这些材料能够产生强磁场，使能量传输更加高效。
另外，磁性材料也用于电力发电和输电系统中的设备，如发电机和变频器。
4.3 医学在医学领域，磁性材料被广泛应用于医学成像，如核磁共振成像（MRI）。
磁性物理基础
1.1.3 磁场强度 H 与与磁感应强度 B
均为描述空间任意一点的磁场参量（矢量） 1、H ：静磁学定义 H为单位点磁荷在该处所受的磁场力的大小，方向与 正磁荷在该处所受磁场力方向一致。
F m1 m2 1 H ,F k r , 其中k 3 m r 40
实际应用中，往往用电流产生磁场，并规定H的单位在SI制中，用1A的 电流通过直导线，在距离导线r=（1/2π） 米处，磁场强度即为1A ∙m－1。
lim
H 0
B H
是磁中性状态（H＝0，M＝0）下磁导率的极限值， 在弱场下使用时， μi是一重要参数 2、最大磁导率μmax
max 1 B 0 H max
表征单位H在磁体中感生出最大B的能力。一般而言 磁性体的磁导率就是指这个参数。
3、振幅磁导率 a 磁体在交变磁场（无直流磁场）中被磁化时，在一 定振幅的磁场下，其磁感应强度也有一定振幅 B： a
磁矩： 在Gauss单位制中μ0=1G / Oe ，则磁偶极矩与磁矩 无差别，通称为磁矩，单位为电磁单位（e.m.u） 1e.m.u(磁偶极矩)＝ 4π ×10－10 Wb∙m 1e.m.u(磁矩)＝ 10－3A ∙ m2 磁化强度： Gauss单位制中，磁极化强度（J）与磁化强度 （M）相同，单位：G
• 应用于能源、电信、自动控制、通讯、家用电器、生物、医疗卫
生、轻工、选矿、物理探矿、军工等领域,尤其在信息技术领域 已成为不可缺少的组成部分。 • 信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能、数字化、智能 化方向发展;要求磁性材料制造的元器件不仅大容量、小型化、
高速度,而且具有可靠性、耐久性、抗振动和低成本的特点。
令：μ＝（1＋ χ)＝B/μ0H (相对磁导率) 表征磁体磁性、导磁性及磁化难易程度。 单位：T ∙m/A或H/m SI制中,绝对磁导率：μ绝对＝B/H ∴ μ＝ μ绝对/ μ0 注意：只有B、H、M相互平行时， χ μ为标量，否则 为张量。
电磁学答案第7章
第七章 磁介质7.1.1.一均匀磁化的电磁棒，直径为25毫米，长为75毫米，其总磁矩为12000安3.2米。
求棒中的磁化强度M. 解：由M 的定义式有：M =imi∆∑iP M ∆=总=36210*75*10*)225(12000--π=3.3*310（安）7.1.2.半径为R 的磁介质球被均匀磁化，磁化强度为与Z 轴平行（如图所示）。
用球坐标表示出这个介质球面上的面磁化电流密度"i ，并求出这样分布的磁化电流所提供的点磁矩m P 。
解：'i =^12*)(n M M - ^n 是介质球面的外法向单位向量。
0,12==M M M∴ Φ=⨯='ˆsin θM n M i面磁化电流可看作是相互平行的圆电流,圆电流所在平面与Z 轴垂直。
宽度为dl的面磁化电流产生的磁 距为：kS dl i p d m ˆ⋅' 。
上式中S 为磁化电流i '所围成的面积S=2r π。
S 的法向与z 轴一致故用其单位矢量k ˆ表示。
整个球面上所有元d m P ˆ的方向均指向k ，故矢量和变为求代数和。
dl r i dP P m m ⎰⎰'==ππ02（dl=Rd θ R 为介质球的半径，r=R sin θ）MR d M R Rd R M p m 3332234sin sin sin πθθπθθπθποπο==⋅⋅=⎰⎰ 写成矢量式M R p m334π=由于是均匀磁化，不可用积分求解，而用式M R MV P m 334π==7.1.3 在磁化强度为M的均匀磁化介质中，挖去 一 球形空穴。
证明：空 球表面上磁化电流对球心O 的磁感应强度为M B ︒-=μ32证明：由式n M i ⨯='判断出磁化电流i的方向如图所示，应为是球形空穴，上式中n为球面指向球心O 点的法向单位 矢。
i 的大小为θθπsin )sin(M M i =-=。
空穴表面的磁化电流可看作是许多平行的圆形电流。
第7章磁学性能习题解答
第7章 磁学性能 习题解答一、名词解释：磁场强度 答：磁场强度是线圈安匝数的一个表征量，反映磁场源的强弱。
磁感应强度 答：磁感应强度（magnetic flux density ），描述磁场强弱和方向的基本物理量。
是矢量，常用符号B 表示。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
磁导率 答：B =Hμ，单位强度的外磁场下材料内部的磁通量密度。
磁化率 答：物质本身的磁化特性，即材料在磁场中被磁化的难易程度。
磁矩 答：磁矩是表征材料磁性大小的物理量。
其值为，m I S =⨯自旋磁矩 答：电子自旋产生的磁矩。
轨道磁矩 答：电子沿一定轨道运动产生的磁矩。
抗磁性 答： 抗磁性是一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。
但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。
这样表示物质磁性的磁化率便成为很小的负数(量)。
顺磁性 答：（paramagnetism ）在磁场作用下，物质中相邻原子或离子的热无序磁矩在一定程度上与磁场强度方向一致的定向排列的现象。
反铁磁性铁磁性答：具有自发磁化，且这些自发磁化会随着外磁场的改变而改变方向。
亚铁磁性答：在无外加磁场的情况下，磁畴内由于相邻原子间电子的交换作用或其他相互作用。
使它们的磁矩在克服热运动的影响后，处于部分抵消的有序排列状态，以致还有一个合磁矩的现象。
磁畴 答：在磁性物质内，其自发磁化强度的大小和方向基本上一致的区域。
铁磁体 答：铁磁体指特指一种自发磁化方式，即晶胞里面的每一个磁子的方向都是相同的，都对磁性起增强作用。
如铁、钴、镍等。
铁氧体 答：铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物。
由以三价铁离子作为主要正离子成分的若干种氧化物组成，并呈现亚铁磁性或反铁磁性的材料。
二、简答题1．何为磁化强度、磁感应强度？磁化强度与磁感应强度间存在何种关系?答：磁化强度，即单位体积的磁矩。
公式为，公式为，M = ∑m /V 。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
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磁性材料的分类
第一章磁学基础知识
答案：
1、磁矩
2、磁化强度
3、磁场强度H
4、磁感应强度 B
磁感应感度，用B表示，又称为磁通密度，用来描述空间中的磁场的物理量。
其定义公式为
中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。
5、磁化曲线
6、磁滞回线
（）
（6 磁滞回线 (hysteresis loop)：在磁场中，铁磁体的磁感应强度与磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁化磁场作周期性变化时，铁磁体中的磁感应强度与磁场强度的关系是一条闭合线，这条闭合线叫做磁滞回线。
）
7、磁化率
磁化率，表征磁介质属性的物理量。
常用符号x表示，等于磁化强度M与磁场
强度H之比。
对于各向同性磁介质，x是标量；对于各向异性磁介质，磁化率是
一个二阶张量。
8、磁导率
磁导率（permeability）：又称导磁系数，是衡量物质的导磁性能的
一个物理量，可通过测取同一点的B、H值确定。
二
矫顽力----内禀矫顽力和磁感矫顽力的区别与联系
矫顽力分为磁感矫顽力（Hcb）和内禀矫顽力（Hcj）。
磁体在反向充磁时，使磁感应强度B降为零所需反向磁场强度的值称之为磁感矫顽力。
但此时磁体的磁化强度并不为零，只是所加的反向磁场与磁体的磁化强度作用相互抵消。
（对外磁感应强度表现为零）此时若撤消外磁场，磁体仍具有一定的磁性能。
使磁体的磁化强度M降为零所需施加的反向磁场强度，我们称之为内禀矫顽力。
内禀矫顽力是衡量磁体抗退磁能力的一个物理量，是表示材料中的磁化强度M退到零的矫顽力。
在磁体使用中，磁体矫顽力越高，温度稳定性越好。
(2)退磁场是怎样产生的？能克服吗？对于实测的材料磁化特性曲线如何进行退磁校正？
产生：
能否克服：因为退磁场只与材料的尺寸有关，短而粗的样品，退磁场就很大，因此可以将样品做成长而细的形状，退磁场就将会减小。
然而实际工作中，材料的尺寸收到限制，因此不可避免的受到退磁场的影响。
校正：由于受到退磁场的影响，作用在材料中的有效磁场Heff比外
加磁场Hex要小。
即
（3）物质的磁性可以分为几类？它们各有什么特点？
（1）抗磁性
（2）顺磁性
（4）磁性材料可以分为几类？它们各有什么特点？
1_3 以长为20cm，半径2cm的螺线管由200匝线圈绕制而成，其中通以I=0.5A的电流，试计算此时螺线管中部和端部的H 和B的大小。
解：在端部，视为载流环形线圈模型，则H=I/2r,由I=0.5A，r=0.02m，所以有H=12.5A/m
在中部，则为载流螺线管模型，有H=n*I ,由n=200/0.2，I=0.5A,所以有H=500A/m。
1—4某一铁的旋转椭球长轴为1毫米，短轴直径为0.1毫米，饱和磁环强度为u0Ms=2.1T,求长轴和短轴方向的退磁场。
解:长轴/短轴=1/0.1=10
查表可知，当椭球的的纵横比为10时，沿长轴的退磁因子Nz=0.0203，又Nx+Ny+Nz=1，所以Nx=Ny=0.48985.
由退磁场公式：长轴退磁场Hd1=NMs=0.0203*2.1=0.04263A\m 同理短轴退磁场Hd2=10.286859A\m
单畴
，形成一个单畴。
磁泡
动态磁滞回线
截止频率
二
1、什么叫磁晶各向异性和磁致伸缩？它们的产生机理各
是什么？
什么是磁晶各向异性：
产生机理：
源
什么叫磁致伸缩
产生机理：
（2）材料的磁化机制有几种？各有什么特点?
有两种：畴壁位移（壁移磁化）和磁畴转动
壁移磁化：
在有效场作用下，自发磁化方向接近于H方向的磁畴长大，而与H 方向偏离较大的近邻磁畴相应缩小，从而使畴壁发生位置变化
其实质是：在H作用下，磁畴体积发生变化，相当于畴壁位置发生了位移。
壁移磁化的物理本质是畴壁内每个磁矩向着H方向逐步地转动
磁畴转动：
磁畴转动磁化过程：在H ≠0时，铁磁体磁畴内所有磁矩一致向着H 方向转动的过程。
外磁场的作用是导致磁畴转动的根本原因及动力（即H ≠0时，总自由能将发生变化，其最小值方向将重新分布，磁畴的取向也会由原来的方向——向H方向转动）
（3）磁损耗通常包括几类？各有哪些影响因素？
哦流损耗：
磁滞损耗：
剩余损耗：
三
（1）
解：Co为六角晶体，其等效各向异性场公式Hk=2Ku1 /u0Ms 带入数据可得Hk=4.58*exp(5)
（2）
习题七
第七章
1、什么是磁性液体？与传统意义上的固态磁性材料相比，
磁液有何特征？
与传统磁性材料相比的特性：
2、 磁性液体包括哪几类？有哪些应用？
分为三类
应用
应用解2：
1、磁液密封
2、磁性液体研磨
3、磁性液体在扬声器上的应用
4、磁性液体在潜艇推进器上的应用
5、磁液在生物医学方面的应用
6、磁性液体在分离技术方面的应用
5、何为磁电阻？磁电阻效应包括哪些种类？各自产生的
机理是什么？
产生机理：
6、列举磁电阻效应的典型效应
1、2、3、效应7、简述实现磁制冷的原理和技术
技术：
8、列举典型的磁制冷材料。
指出磁制冷的应用场合和所
面临的问题。
典型制冷材料:
（1）低温区：
（2）中温区磁制冷材料：
（3）高温区磁制冷材料
a、重稀土及其合金
b、稀土-过渡金属化合物
c、过渡金属及其化合物
d、钙钛矿氧化物
磁制冷材料应用场合以及所面临的问题：
所面临的问题：。