第十一章磁介质2007.doc

第十一章 磁场中的磁介质综述：真空中磁场_有物质的磁场_磁介质相互作用物质处于磁场_运动电荷受磁力_磁化现象_影响原磁场教学要求：* 理解磁介质磁化的微观机制和磁化电流的产生。* 理解磁场强度H及 H环路定理,并能求解对称性磁场。* 了解铁磁质特性(-H 曲线、磁滞效应、磁滞回线等)教学内容（学时：2学时）：11-1 磁介质对磁场的影响11-2 铁磁质教学重点：应用H安培环路定理计算有磁介质存在时具有一定对称性的H及B的分布。教学难点：H的安培环路定理，磁滞效应和磁滞回线的意义。作业(P135)：11-01）、11-03）、11-04）、11-05）、-11-1 磁介质对磁场的影响一、磁介质对磁场的影响* 实验观测：长直螺线管通电流I1）先真空(或空气)，测磁感应强度；2）管内均匀充满某种磁介质，测磁感应强度B, 有: （11-1）(式中：相对磁导率)3) 实验证明上式普遍成立.* 磁介质分为：1） 顺磁质（）； 弱磁性物质2）抗磁质（）； 弱磁性物质3）铁磁质（） 强磁性物质 （下面按照分子电流观点说明磁介质磁化的微观机理） 二、磁介质的磁化1 分子磁矩和分子电流* 分子磁矩m：分子中每个电子同时参与两种运动，电子绕核轨道运动和自旋运动，都形成微小环形电流，具有一定磁矩，分别称为轨道磁矩和自旋磁矩。一个分子中全部电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和叫分子磁矩。* 分子电流：分子磁矩可以用一个等效的圆电流的磁矩表示，这个圆电流叫分子电流。 2 顺磁质和抗磁质的磁化规律 *从微观看：顺磁质：分子磁矩不为零。即分子中各电子磁矩不完全抵消。抗磁质：分子磁矩为零。即分子中全部电子磁矩完全抵消。* 没有外磁场时：分子热运动使分子磁矩取向杂乱无章，相互抵消，不显磁性。* 外磁场存在时：顺磁质：分子磁矩受外磁力矩作用，分子磁矩沿外磁场方向排列(a)；抗磁质：在外磁场作用下，产生方向相反的分子感应磁矩(b)。以一个双原子分子为例说明感应磁矩的产生情况：* 从宏观看：在磁介质表面出现磁化电流 (a) (b) (c)（均充某磁介质_表层电流_磁化电流(束缚) j_激发磁场）* 顺磁质的磁化电流：方向与外磁场方向成右手螺旋关系，激发磁场与外磁场方向相同，磁场加强。* 抗磁质的磁化电流：方向与外磁场方向成左手螺旋关系，激发磁场与外磁场方向相反，磁场减弱。 三、有磁介质存在的安培环路定理 以长直螺线管为例，其内均匀充满磁介质，导线中传导电流为I0管内总磁应强度为B；其中传导电流激发磁场B0；磁化电流激发磁场B, 有： （11-2）由安培环路定理，有： 式中: _传导电流，_磁化电流 （一长直螺线管均充磁介质，传导电流，磁感应强度(真空)）对任意回路L，用安培环路定理得： (是穿过L的传导电流)又： 代入，得： （11-3）(磁介质存在时磁感应强度与传导电流关系)注意： 磁化电流没有出现，但磁介质的影响通过反映出来, 可证明该式是有磁介质磁场的普遍规律。* 磁场强度矢量H（定义辅助矢量）： （11-4）（式中：-磁导率）单位（SI制）：安/米（A/m）* 有磁介质存在的安培环路定理： （11-5） H的环路定理 表明：磁场中沿任一闭合路径，H环流等于穿过该闭合路径传导电流代数和，即H环流与磁化电流无关。（某些特殊对称性，可由传导电流分布求出H分布，再求出B分布）* H线：形象表示磁场中H矢量的分布。由式(11-4)知：磁感应线数目是通过同一截面H线的倍。-例11.1 如图，半径R1的无限长圆柱体导线外有一层同轴圆筒状磁介质，圆筒外半径R2，介质均匀，其相对磁导率为，电流I在导线中均匀流过。试求： (1) 导线内的磁场分布；(2) 磁介质中磁场分布；(3) 磁介质外面的磁场分布。 解： B和H分布均具轴对称性。设a、b、c为任意点，到圆柱体轴线垂直距离r，以r半径作圆周。(1) 对过a点的圆周应用H的安培环路定理，得：(是环路包围电流)于是得： 再由，得导线内的磁感应强度为： ( 0 r R1 )(2) 对过b点的圆周应用H的安培环路定理得: 得： (R1 r 1且非常量)。2、磁介质的磁化在外磁场中顺磁质分子的固有磁矩沿