(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。

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 ）。

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）。

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。

【凝聚态物理学丛书】铁电体物理学【钟维烈】书名]：铁电体物理学[作者]：钟维烈[出版社]：科学出版社[关键词]：铁电体，电滞回线，自发极化。

[分类] ：理工学科类>>材料>>无机功能材料[版本]：1996年6月第一版[ISBN号] ：7-03-005033-9[定价]:60元[是否是扫描版] ：是【凝聚态物理学丛书】铁磁学上中下【戴道生,钱昆明;钟文定;廖绍彬】作者: 戴道生钱昆明分类: 理工学科类» 物理»固体物理内容简介:介绍了物质自发磁化产生的原因。

外斯的分子场模型、海森伯交换相互作用模型、巡游电子模型，以及自旋波理论。

是否是扫描版: 是出版社\出版日期: 科学出版社 1987年6月ISBN 号码: 7-03-002847-3/O. 533电磁场理论及应用【马西奎】[书名]:电磁场理论及应用[作者]：马西奎[出版社]:西安交通大学出版社[关键词]:电磁场；理论；计算[内容简介]：本书在宏观范围内阐述工程中所需要的电磁场与电磁波的基本理论和计算方法，并介绍基本理论在各方面的应用。

全书共10章，前5章为电磁场与电磁波的基本理论，后5章是电磁场中的数学物理方法。

每一章末有一定数量的习题，其中一部分为课程内容的补充，另一部分为正文的推广。

本书适合于作电工、电子类专业的研究生教材。

对于从事是民磁场理论及其工程应用的科技工作者和大学教师亦有参考价值。

[分类]: 理工学科类-物理 -光学电动ISBN书号：7560512399开本装帧：32开/平装/430页/0字技术磁学(套装上下册)(凝聚态物理学丛书)作者:钟文定•市场价：¥128.00•卓越价：¥102.40为您节省：25.60元(80折)•VIP 价：¥99.33 SVIP价：¥97.28全场购物免配送费！•现在有货，登录后根据您所在地址，商品的发货时间会有所不同。

第一部分1如何理解磁矩的定义 =iS？（范胜华）磁矩是描述磁性大小的物理量，其定义为回路电流和回路面积的乘积，方向由右手螺旋定则确定。

磁性本质都是由电流引起的，因此磁矩可以描述磁性物体的磁性的大小。

在均匀外磁场中回路线圈受到力矩使磁矩转向外磁场的方向。

在原子中，电子绕原子核转动，这种转动通常与闭合回路比较，在磁性上等效，因此，原子中电子绕轨道运动，同无限小尺寸的闭合回路一样，可以视为磁偶极子。

2物质的抗磁性是如何产生的？为什么说抗磁性是普遍存在的？（范胜华）当外磁场穿过电子轨道时，引起的电磁感应使轨道电子加速。

由楞次定律可以推出电子的这种加速运动所引起的磁通，总是与外磁场相反的，这就是抗磁性产生的机理。

原子的内部总是具有电子的，电子在外磁场作用下会受到洛仑兹力。

因此，在外磁场作用下，所有物质都会毫无例外地表现出抗磁性这一种属性。

3,氧气跟氮气是顺磁性还是抗磁性，为什么？（孙彬彬）氧气是顺磁性，氮气是抗磁性。

根据分子的电子表示形式，氧气的氧原子周围没有轨道电子，但是氮原子周围有轨道电子。

4.为什么金属铝没有，而金属铁具有铁磁性？（孙彬彬）铁磁性起源于磁场中的电子自旋平行排列，导致自发磁化，在常温下，金属铁中磁矩的热运动不足以与分子场抗衡，所以还是有序的，能够表现出铁磁性，而率恰恰相反，它的磁矩是无序的。

铁的3d层不满，产生强磁矩，而铝成键，没有磁矩。

5请解释超交换作用的原理（比如在MnO中）（陈伟）超交换作用的机理：Mn2+离子的未满电子壳层组态为3d5,5个自旋彼此平行取向：O2-离子的电子结构为（1s）2(2s)2(2p)6,其自旋角动量和轨道角动量都是彼此抵消的，无净自旋磁矩。

O2-离子2p轨道向近邻的Mn2+离子M1和M2伸展，这样2p轨道电子云与Mn2+离子电子云交叠，2p轨道电子有可能迁移到Mn2+离子中。

假设，一个2p电子转移到M1离子的3d轨道。

在此情况下，该电子必须使他的自旋与Mn2+的总自旋反平行，因为Mn2+已经有5个电子，按照洪特规则，其空轨道只能接受一个与5个电子自旋烦平行的电子。

第一章习题解答给定三个矢量 A 、B和C如下：A e x e y 2 e z 3B e y 4 e zC e x 5 e z 2求：（ 1）a A；（ 2）A B；（3）AgB；（4）（7）Ag( B C )和( A B )gC；（ 8）( AA e x e y 2 e z 3 解（ 1）a A12 22 e xA ( 3)2 AB；（ 5）A在B上的分量；（ 6）A C；B) C 和 A (B C ) 。

1 2 314e y e z14 14（2）A B （3）AgB （ 4 ）(e x e y 2 e z3) ( e y 4 e z ) e x (e x e y 2e z 3) g( e y 4 e z ) －11由cosAgBAB A Be y 6 e z 4531111，得1417238AB cos 1 ( 11 ) 135.5o 238（ 5）A在B上的分量A B A cosAgB 11 AB B 17e x e y e z（ 6）A C 1 2 3 e x 4 e y13 e z 105 0 2e x e y e z（ 7）由于B C 0 4 1 e x 8 e y 5 e z 205 0 2e x e y e zA B 1 2 3 e x 10 e y 1 e z 40 4 1所以Ag( B C ) ( xe y 2 z 3) x y z42e e g(e 8 e 5 e 20)( A B )gC ( e x10 e y 1 e z 4)g(e x 5 e z 2) 42e x e y e z（ 8）( A B ) C 10 1 4 e x 2 e y 40 e z 55 0 2e x e y e zA (BC ) 1 2 3 e x 55 e y 44 e z118 5 20三角形的三个顶点为P1 (0,1, 2) 、 P2 (4,1, 3) 和 P3 (6, 2,5) 。

（ 1）判断PP12 P3是否为一直角三角形；（ 2）求三角形的面积。

第1章 矢量分析1.1 / 1.1-1 矢径z z y y x xr ˆˆˆ++=与各坐标轴正向的夹角分别为α,β,γ。

请用坐标(x,y,z )来表示α,β,γ ,并证明1cos cos cos 222=++γβα[解] γβαcos ˆcos ˆcos ˆˆˆˆˆ222z y xzy x z z y y x xr r r++=++++== 222222222c o s ,c o s ,c o s zy x z zy x y zy x x ++=++=++=∴γβα1cos cos cos 222=++γβα, 得证.1.2 / 1.1-2设xy 平面上二矢径a r 、b r 与x 轴的夹角分别为α、β，请利用b a r r ⋅证明βαβαβαs i n s i n c o s c o s )c o s (+=-。

[解] 设 ααs i n ˆc o s ˆa a a r y r xr += ββsin ˆcos ˆb b b r y r xr += 则 βαβαs i n s i n c o s c o s b a b a b a r r r r r r +=⋅ 因 a r 、b r 夹角为βα-,如图所示,有 )cos(βα-=⋅b a b a r r r r比较上二式得 βαβαβαs i n s i n c o s c o s )c o s (+=-, 得证.1.3 / 1.1-3 z y xA ˆ9ˆˆ--=，3ˆ4ˆ2ˆz y xB +-=，求：(a)B A -; (b) B A ⋅; (c) B A ⨯ [解] (a) B A -=4ˆ5ˆˆ)31(ˆ)49(ˆ)21(ˆz y x z y x---=+---- (b) B A ⋅=3533623ˆˆ4ˆ9ˆ2ˆˆ=-+=⋅-⋅+⋅z z y y x x(c) 342191ˆˆˆ---=⨯z y xB A14ˆ5ˆ31ˆ)184(ˆ)32(ˆ)427(ˆz y x z y x+--=+-+--+--= 1.4 / 1.1-4 用两种方法求1.1-3题矢量A 和B 的夹角α。

第1章 矢量分析1.1 / 1.1-1 矢径z z y y x xr ˆˆˆ++=与各坐标轴正向的夹角分别为α,β,γ。

请用坐标(x,y,z )来表示α,β,γ ,并证明1cos cos cos 222=++γβα[解] γβαcos ˆcos ˆcos ˆˆˆˆˆ222z y xzy x z z y y x xr r r++=++++== 222222222c o s ,c o s ,c o s zy x z zy x y zy x x ++=++=++=∴γβα1cos cos cos 222=++γβα, 得证.1.2 / 1.1-2设xy 平面上二矢径a r 、b r 与x 轴的夹角分别为α、β，请利用b a r r ⋅证明βαβαβαs i n s i n c o s c o s )c o s (+=-。

[解] 设 ααs i n ˆc o s ˆa a a r y r xr += ββsin ˆcos ˆb b b r y r xr += 则 βαβαs i n s i n c o s c o s b a b a b a r r r r r r +=⋅ 因 a r 、b r 夹角为βα-,如图所示,有 )cos(βα-=⋅b a b a r r r r比较上二式得 βαβαβαs i n s i n c o s c o s )c o s (+=-, 得证.1.3 / 1.1-3 z y xA ˆ9ˆˆ--=，3ˆ4ˆ2ˆz y xB +-=，求：(a)B A -; (b) B A ⋅; (c) B A ⨯ [解] (a) B A -=4ˆ5ˆˆ)31(ˆ)49(ˆ)21(ˆz y x z y x---=+---- (b) B A ⋅=3533623ˆˆ4ˆ9ˆ2ˆˆ=-+=⋅-⋅+⋅z z y y x x(c) 342191ˆˆˆ---=⨯z y xB A14ˆ5ˆ31ˆ)184(ˆ)32(ˆ)427(ˆz y x z y x+--=+-+--+--= 1.4 / 1.1-4 用两种方法求1.1-3题矢量A 和B 的夹角α。

电磁转换 章节复习一、磁体与磁场1、磁现象：磁性 能够吸引 铁、钴、镍等物体的性质。

磁体定义 具有磁性的物体。

分类 按来源分：_天然 磁体和_人造_磁体。

按磁性保持时间分： 硬 磁体和_软_磁体。

性质磁体具有磁性。

（吸铁性、指向性）磁极定义 磁体上磁性最强的部分。

名称_南_极和_北_极。

水平面内自由旋转的小磁针静止时指南一端为南极，指北一端为北极。

作用 同名磁极相互 排斥 ，异名磁极相互 吸引 。

提示①任何磁体有且只有两个磁极.②若某物体与磁体相互排斥，则该物体一定具有磁性； 若某物体与磁体相互吸引，其不一定具有磁性.磁化 定义 原来没有磁性的物体在磁场中获得磁性的过程。

磁场磁体周围存在着一种 看不见、摸不着 的物质，叫做磁场。

基本性质 对放入其中的磁体产生 磁力 的作用，磁极间的相互作用是通过 磁场 发生的。

方向在磁场中某点的小磁针静止时 北极 所指的方向规定为该点的磁场方向。

磁感线作用 用来描述磁场的强弱、方向和分布情况的假想曲线，实际并不存在。

方向磁体周围的磁感线从 北 极出发回到 南 极。

（“N 出 S 进”） 在磁体内部，磁感线从 S 极回到 N 极。

几种磁体的磁感线N NN SN SSS异名磁极条形磁体蹄形磁体同名磁极提示③磁感线的箭头表示磁场方向，疏密程度表示磁场的强弱.①不同位置磁场方向一般不同，磁感线上任何一点的磁场方向即该点的切线方向. ②磁感线可以是直的，也可以是弯的，任意两条磁感线不相交，充满磁体周围空间. ④通过磁场的作用效果认识磁场——转换法，磁感线描述磁场——理想模型法地磁场定义 地球本身是一个巨大的磁体，地球周围空间存在的磁场。

分布地磁南极在地理 南 极附近，地磁北极在地理 北极附近。

应用 指南针等。

指南针(磁针)指南北是因为受到地磁场的作用。

磁偏角地磁南极与地理北极、地磁北极与地理南极并不重合，它们的夹角叫磁偏角。

我国宋代学者沈括最早记述这一现象。

（《梦溪笔谈》）3、地磁场2、磁场NS二、电流的磁场（电生磁）1. 电流的磁效应（1） 奥期特实验科学家 丹麦物理学家：奥斯特 注意：导线要与静止磁针平行放置（即南北向）通电直导线周围的磁场现象如图意义 发现了电流的 磁 效应， 揭示了 电磁 之间并不是孤立的，而是密切相关的。