说明大学物理甲

1、磁场中的磁介质13-1 磁介质的磁化magnetizationv¢B = B + B一、磁介质的分类0Bm=* 相对磁导率:rB0实验表明，不同的磁介质在磁场中产生的附加磁场是各不相同的，可按其附加磁场分为三大类：v¢mB 与B0同方向, B' << BB = B+ B'> 1mr < 11. 顺磁质2. 抗磁质00rB¢与B0反方向,B' << B0B = B0 - B'B >> B03. 铁磁质 B¢与B0同方向且B' >> B0mr >>

2、 1vdef二、顺磁质和抗磁质的磁化ºvpMIS´nm=*电流和磁矩pmBv原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有电子磁矩。pmvpmBII用等效的电流的磁效应v来表示各个电子对外界磁效pmI应的总合，称为磁矩。电流、vpmI磁矩在外磁场中受到磁力矩，使它向磁场方向偏转，且按统计规律取向除此之外，电子磁矩在外磁场中还有绕磁场的进动。vDvpepeMLDvvLpeMvpeB0B0绕磁场进动附加一磁矩Dv 与外场 B 反向。pm0由具有磁矩的组成。在外场中磁矩按统计规律重新取向分布。同时产生附加磁矩，但前者大五个数量级。电子磁矩完全抵消，磁矩为零在外场中进动生成附

3、加磁矩（感应磁矩）磁矩Pm是顺磁质产生磁效应的主要因素pm是抗磁质产生磁效应的唯一因素附加磁矩Dv抗磁质顺磁质三、 磁化强度矢量vå符号p mivM= lim iD V：安培/米 (A/m)DV®0v顺磁质M与B同向，0v所以 B 与'B 0同方向B 0vB '抗磁质M与B 反向，0B 0所以 B 与'B 0反方向，（Q只有附加磁矩）B '四、磁化强度和磁化电流面电流ImB0称为磁化电流或磁化电流线密度B'Imjm:在垂直于电流方向上长度的磁化电流。jm= Im / l设介质的截面积 S，则有：若在l长介质表面面电流为 Im 则其线密

4、度为Må pmirIm SjmlS| M |= DV=jmDVDVImM的Im的流向成右手螺旋关系l· 磁化强度的环流以充满介质的螺旋管为例，选如图回路，求环流McbImaIvj å=Ld ×òl=Mab=mabmLd磁化强度沿任一回路的环流，等于电流 Im的代数和穿过此回路的有介质时的高斯定理和安培环路定理13-2B=+ B'B0v磁感应强度 B 是外加磁场 B0与介质生的 B'的合场强.内电·磁介质中的高斯定理vvBòòs×=S0d·磁介质中的安培环路定理电流v0 å

5、;mI+0 åBò×=l mdImLLL有磁介质的总场传导电流vl= åQ MòL×dImLvv0 åmIB ò×dl= mò+×Mdl0LLLvdvB-Ml =åLò()×Im 0Lv定义磁场强度v- BmH=则有：M0vl=åLHòL×dI物理意义沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。磁场强度H的：安培/米(A/m)SIv,B·, HMcmM之间的关系vvBdef= cHHº

6、;-Mmm0为磁化率mr (= 1 + cm)B= m (c1+H)0mmr 称为相对磁导率m=m 0rmHm =m 0mr=BH磁导率今后求解有关磁场的问题一般应强度及磁化强度等磁场强度，再求磁感vvvvvvH×d=låIòLB=m HI ¾¾¾L® H¾¾® Bvvv¾M¾=c¾m¾M¾= ¾mj®jH® M¾¾®Imm例题一：如图均匀通有电流I的载长磁介质圆柱其磁导为mr1，外面有

7、半径为 R2的无限长同轴圆柱面，该面也通有电流 I，两者之间充满 mr2 的磁介质，求B和 H的分布。解：根据轴对称性，以轴上一点为圆心在垂直于轴的平面内取圆为安培回路：Ir£R1Q 2prHpr 2=IR1 r 1pR2R1mm0I2 Ir B= H=1rrI12 p R2112p R21R1<r<R2同理= Im r2m 0IH H B=22pr22p rr£ B3= 0Rr H= 023R1R2例题二：计算充满磁介质（mr）的螺绕环内的磁感应强度，介质的磁化强度，磁化电流。已知线圈BM总匝数N，通有电流 I0解：取与环同v心的半径为R的圆为环路vQ 

8、42; H × dl = å IB RN2pRL H=IL2pRH = NI 00R2NIB = mH= m 0 m r H= m 0 m r 0 2pRR1NIM = cmH = (mr -1)0 2pRLvvNI0òI=M × dl = (m -1)×2pR = (m2pRr-1)NI0mrLB¢ = B - B= m (m- 1) NI 000r2pR13-3 铁磁质I· 磁化曲线I装置：环形螺绕环NI原理:励磁电流 I;用安培定理得H实验测量BH =2pRR由 mr=得出 mr H 曲线BB, mrmoHB H结果一

9、铁磁质v的mr不一定是个常数，m HH它是 H 的函数rB磁滞回线-不可逆过程起始磁化曲线；BS结果二Br-Hc饱和磁感应强度BSHHc剩磁Br矫顽力 Hc每个H 对应不同的 B与磁化的历史有关。在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。结果三每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。这温度叫临界温度，或称铁磁质的居里点。不同铁磁质具有不同的转变温度1040K，钴为 1390K，镍为 630K如：· 铁磁质磁化的机制* 磁畴(magnetic domain)：原子间电子交换耦合作用很强，促使其自旋磁矩

10、平行排列形成磁畴自发的 磁化区域。在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消，能量最低，不显磁性。在外磁场较弱时，自发磁化方向与外磁场方向相同 或相近的那些磁畴逐渐增大（畴壁位移），在外磁 场较强时，磁畴自发磁化方向作为一个整体，不同程度地转向外磁场方向。当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就达到饱和状态。饱和磁化强度MS等于每个磁畴中原来的磁化强度，该值很大，这就是铁磁质磁性mr大的。磁滞(hysteresis) 现象是由于掺杂和内应力等的作用，当撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状， 而表现出来。当温度升高时，热运动会磁畴内磁矩的规则排列；在临界温度（相变温度Tc ）时，铁磁质完全变成了顺磁质。居里点 Tc (Curie Point)· 铁磁质的应用* 作变压器的软磁材料。纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。-HcHcmr大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（HdB面积小）。用于继电器、电机、以及各种高频电磁的磁芯、磁棒。作磁铁的硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力(Hc)大（>102A/m