磁场中的磁介质

9.5铁磁质,第九章磁场中的磁介质,9.1磁介质对磁场的影响,9.2原子的磁矩,9.3磁介质的磁化,9.4H的环路定理,1、磁介质对磁场的影响,真空中,介质中,实验表明：磁场的测量,相对磁导率,磁导率,9.1、2磁介质原子磁矩,磁介质分类：,顺磁质，,抗磁质，,铁磁质，,电子绕核的轨道运动,电子自旋运动,都产生磁效应，,都等效于微小圆电流,核自旋运动,原子内：,其磁矩：,估算电子绕核运动的轨道运动磁矩：,电子绕核的轨道运动的角动量,此式对一个原子内所有电子的总轨道磁矩和总角动量也成立。,2、原子的磁矩,量子力学：,1）电子的总轨道角动量是量子化的,例：氧原子的总轨道角动量的一个可能值：,电子的总轨道磁矩也是量子化的,例如氧原子的总轨道磁矩的一个可能值：,电子的内禀自旋磁矩：,2）电子的内禀自旋角动量的大小：,玻尔磁子：,3）原子核也有磁矩，,但比电子的磁矩小的多。,分子（固有）磁矩：,分子内所有电子的轨道磁矩、自旋磁矩和核的自旋磁矩的矢量和,顺磁质、铁磁质的分子有固有磁矩，,抗磁质的分子没有固有磁矩,3、磁化机理,电子进动,1）电子进动,当时，,感生磁矩,磁力矩,3）抗磁质的磁化,在外磁场的作用下，磁体内大量分子或原子的附加磁矩的矢量和有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质。,2）顺磁质的磁化,在外磁场作用下，磁体内分子固有磁矩力图转向与外磁场方向一致，也有一定的量值但很小，可以忽略不计，外磁场越强，分子磁矩排列越整齐，这就是顺磁性的起源。,描述磁介质磁化程度的物理量,1、磁化强度矢量,9.3磁介质的磁化,顺磁质与同向；,抗磁质与反向。,注意：单位：A/m;不要与磁力矩混淆。,一般来说，各向同性的磁介质,2、磁化电流I,顺磁质,I,对于各向同性的均匀线性介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互接合，在磁化圆柱的表面出现一层电流，称为面束缚电流或磁化面电流。,抗磁质I与I反向。,顺磁质I与I同向，,3、束缚电流密度与磁化强度的关系（以顺磁质为例）,而：,与dr铰链的总分子电流为,设每个分子的分子电流为,分子圆电流面积为a2,a2,dI,1）磁介质内任意闭合路径L套链的总束缚电流,2）磁介质表面的磁化面电流,矢量式：,面束缚电流密度：,9.4H的环路定理,真空中,磁介质,1、（有介质时的安培环路定理）H的环路定理,定义：,-磁场强度；单位：安/米,H的安培环路定理,磁场强度沿任意闭合曲线的线积分等于穿过该曲线的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。,三矢量的关系,磁导率：,如何计算介质中的,？,应用时计算过程：,2、,例9.1无限长直螺线管，单位长度匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为r的均匀磁介质。当导线圈内通以电流I时，求管内磁感应强度和介质表面面束缚电流密度。,管内磁场均匀且B与H都和管内的轴线平行。,解：,取如图所示闭合路径，,规定绕行方向为逆时针,例9.2一半径为R1的无限长导体圆柱面均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2的通有相反方向电流I的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着相对磁导率为r的均匀磁介质，试求1、介质中的磁场；2、紧贴导体圆柱面的磁介质表面的束缚电流。,1、磁场分布仍具有轴对称性；,解：,取与柱体同心的圆为闭合路径,规定绕行方向为逆时针,当,2.磁介质内表面,9.5铁磁质,1、铁磁质的磁化特性,磁化曲线,1)磁化曲线（BH曲线）,使励磁电流从零开始，此时B=H=0，然后逐渐增大电流，以增大H。测得B与H的对应关系,随H的增大，B先缓慢增大(OA段)，然后迅速增大(AB段)，过B点后，B又缓慢增大(BS段)。,从S开始，B几乎不随H的增大而增大，介质的磁化达到饱和。,2)磁滞回线,Br-剩磁,Hc-矫顽力,当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向饱和；反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线磁滞回线。,a,在反复磁化过程中，铁磁质要发热，有能量损失，能量的损失叫做磁滞损耗。缓慢磁化过程，经历一次磁化过程损耗的能量与磁滞回线包围的面积成正比。,矫顽力很小，磁滞回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小。,软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等材料，适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁和发动机的铁芯。,矫顽力大，剩磁大、磁滞回线宽，所围的面积大，磁滞损耗大。,软磁材料,硬磁材料,硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。磁化后能保持很强的磁性，适用于制成各种类型的永久磁铁。,2、铁磁质的磁化机理磁畴理