ch16有磁介质存在时的磁场课件

1、ch16有磁介质存在时的磁场课件12. 磁场强度及磁介质中的安培环路定理；磁场强度及磁介质中的安培环路定理；第第16章章 有磁介质存在时的磁场有磁介质存在时的磁场3. 铁磁质的主要特性及其应用。铁磁质的主要特性及其应用。1. 磁介质磁化及其微观本质；磁介质磁化及其微观本质；主要内容主要内容教学要求教学要求1. 了解磁介质的磁化及其微观解释了解磁介质的磁化及其微观解释;3. 了解铁磁质的一些重要特性及应用了解铁磁质的一些重要特性及应用.2. 理解磁介质中安培环路定理的意义理解磁介质中安培环路定理的意义;作业：作业：29ch16有磁介质存在时的磁场课件2一、磁介质一、磁介质磁介质处于磁场中所表现出

2、磁介质处于磁场中所表现出的一种状态；是磁场对磁场中物质的作用。的一种状态；是磁场对磁场中物质的作用。12-1 磁介质磁介质 磁化强度磁化强度实验研究：实验研究：IB0IBch16有磁介质存在时的磁场课件3磁介质：磁介质：磁化了的物质也会产生附加磁场，磁化了的物质也会产生附加磁场，对原磁场产生影响。这种影响原磁场的物对原磁场产生影响。这种影响原磁场的物质称为磁介质。质称为磁介质。介质中磁化介质中磁化产生的附加产生的附加磁场磁场磁介质中磁介质中的磁场的磁场真空中真空中的磁场的磁场BBB 0即：即：0BBr 相对磁导率相对磁导率 rch16有磁介质存在时的磁场课件4磁介质种类磁介质种类相对磁导率相对

3、磁导率顺磁质顺磁质铜（铜（293K）1+1.0 10-5逆磁质逆磁质铝（铝（293K）1 1.0 10-5铁磁质铁磁质纯铁纯铁坡莫合金坡莫合金5 103（最大值）（最大值）1 105（最大值）（最大值）ch16有磁介质存在时的磁场课件5磁介质磁介质分类分类弱磁性物质弱磁性物质强磁性物质强磁性物质（铁磁质铁磁质）顺磁质顺磁质（ 与与 同向）同向） r1，增强原磁场，增强原磁场逆磁质逆磁质（ 与与 反向）反向） r1，大大增强原磁场，大大增强原磁场0BB 0Bch16有磁介质存在时的磁场课件6二、磁介质的磁化二、磁介质的磁化1. 1. 微观解释（以氧原子为例）微观解释（以氧原子为例） 电子绕核的轨

4、道运动电子绕核的轨道运动 pm= 电子自旋电子自旋 pm= 原子核自旋原子核自旋 pm附加磁矩附加磁矩, ,分子磁矩是产分子磁矩是产生磁效应的主要原因生磁效应的主要原因. .为什么顺磁质在无外磁场时不显磁性？为什么顺磁质在无外磁场时不显磁性？ch16有磁介质存在时的磁场课件11 介质的磁化实质上是分子磁矩的取向以及介质的磁化实质上是分子磁矩的取向以及在外磁场作用下产生附加磁矩的作用。在外磁场作用下产生附加磁矩的作用。 引入反映介质磁化程度的物理量，磁化强引入反映介质磁化程度的物理量，磁化强度矢量度矢量均匀磁化：均匀磁化：非均匀磁化：非均匀磁化：VpMm VpMmV 0lim单位：单位：Am 1

5、三、磁化强度矢量三、磁化强度矢量ch16有磁介质存在时的磁场课件12模型：模型： 与与 同向（介质内部处处）同向（介质内部处处）mpM研究磁化强度、附加磁矩和研究磁化强度、附加磁矩和分子磁矩之间的关系。分子磁矩之间的关系。磁化电流磁化电流束缚电流束缚电流微观上微观上宏观上宏观上ch16有磁介质存在时的磁场课件13 因磁化而呈现出宏观电流，称为因磁化而呈现出宏观电流，称为。这个电流不伴随任何带电粒子的宏观位移，。这个电流不伴随任何带电粒子的宏观位移，所以所以, , 又称为又称为。 对于各向同性均匀介质，均匀对于各向同性均匀介质，均匀时，内部的时，内部的分子电流相互抵消，而在介质表面各分子电流相分

6、子电流相互抵消，而在介质表面各分子电流相互叠加。互叠加。类比：类比：电介质的极化过程电介质的极化过程质质极化电荷极化电荷束缚电荷束缚电荷E微观上微观上宏观上宏观上ch16有磁介质存在时的磁场课件14nMj 2. 磁化电流与磁化强度关系磁化电流与磁化强度关系 上式表明：面磁化电流密度等于磁化强度上式表明：面磁化电流密度等于磁化强度沿介质表面的切向分量沿介质表面的切向分量引入辅助矢量引入辅助矢量磁场强度磁场强度MBH 0 注意注意: H, B不是原来的外场不是原来的外场ch16有磁介质存在时的磁场课件15HMm 3. 磁场强度与磁感强度的关系磁场强度与磁感强度的关系各向同性介质，实验证明各向同性介

7、质，实验证明HBm)1(0 代入磁场强度的定义式，得代入磁场强度的定义式，得令令 rmr 01HB ch16有磁介质存在时的磁场课件1612-2 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理一、磁介质中的安培环路定理一、磁介质中的安培环路定理考虑磁化电流对磁场的贡献，安培环路定理考虑磁化电流对磁场的贡献，安培环路定理写为写为)(d0 IIlBL 单位：单位：1A.m-1=410-3Oe（奥斯特）（奥斯特）磁介质中的安培环路定理：磁介质中的安培环路定理： )(0d内内LLIlHch16有磁介质存在时的磁场课件17 用安培环路定理求用安培环路定理求 由由 代入代入 求求 由由 求求 由由 求求HH

8、HB BHMm MnMj j 磁感强度磁感强度磁化强度磁化强度磁场强度磁场强度ch16有磁介质存在时的磁场课件18例题：例题：在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁质，已知螺绕环中的传导电流为磁质，已知螺绕环中的传导电流为I I，单位长，单位长度内匝数为度内匝数为n，环的横截面半径比环的平均半，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为别为 r r和和 ，求环内的，求环内的 和和 。HBrNIlHL d解：解：分析对称性，在环内任取一分析对称性，在环内任取一点，作同向圆，应用安培环点，作同向圆，应用安培

9、环路定理路定理nIrNIH )2( nIHB 方向为圆环的切线方向。方向为圆环的切线方向。ch16有磁介质存在时的磁场课件19环内无磁介质时环内无磁介质时nIB00 rBB 0上式说明环内充满均匀磁介质后，环内的上式说明环内充满均匀磁介质后，环内的磁感强度改变到环内是真空时的磁感强度改变到环内是真空时的 r r倍。倍。上式可作为磁介质相对磁导率的定义，实上式可作为磁介质相对磁导率的定义，实验中利用这个定义式测定验中利用这个定义式测定 r r值。值。ch16有磁介质存在时的磁场课件20 内内LLIlH0d解：解：分析对称性，在环内任取一点，分析对称性，在环内任取一点，作同向圆，应用安培环路定理作

10、同向圆，应用安培环路定理试求试求:1) 圆柱体外圆柱面内一点的磁场；圆柱体外圆柱面内一点的磁场； 2) 圆柱体内一点的磁场；圆柱体内一点的磁场； 3) 圆柱面外一点的磁场。圆柱面外一点的磁场。例题：例题：一半径为一半径为R1的无限长圆柱体（导体，的无限长圆柱体（导体， = 0 0）中通有电流）中通有电流I，在它外面有半径，在它外面有半径R2的无的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为 的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流电流I I。IIIch16有磁介质存在时的磁场课件2112-3 铁磁质铁磁质一、铁磁质的特性

11、一、铁磁质的特性 相对磁导率比较大，且随磁场强弱发生相对磁导率比较大，且随磁场强弱发生变化；变化； 有明显的磁滞效应；有明显的磁滞效应； 铁磁质磁化存在一铁磁质磁化存在一居里点。居里点。ch16有磁介质存在时的磁场课件22特点：特点：1. 起始磁化曲线起始磁化曲线非线性（非线性（HB） r随随H变化变化实验测量：实验测量：HBOBH rH 通常把铁磁质试样做成通常把铁磁质试样做成环状，外面绕上若干线圈环状，外面绕上若干线圈nIH 电流计测量电流计测量I，测量测量B得到试样的得到试样的HB曲线。曲线。rch16有磁介质存在时的磁场课件23u外磁场撤去后外磁场撤去后,仍能保留部分仍能保留部分磁性存

12、在，这种现象称为磁性存在，这种现象称为剩磁剩磁现象现象。u铁磁质的初始磁化、消磁、铁磁质的初始磁化、消磁、反向磁化过程构成一图所示的反向磁化过程构成一图所示的闭合曲线，称为闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。u由闭合曲线看到，由闭合曲线看到，B的变化的变化总是落后于总是落后于H的变化。这种现的变化。这种现象称为象称为磁滞现象磁滞现象.2. 磁滞回线及磁滞现象磁滞回线及磁滞现象HBch16有磁介质存在时的磁场课件24二、二、 铁磁质的起因铁磁质的起因 铁磁质内部原子间的相互作用非常强烈铁磁质内部原子间的相互作用非常强烈, ,在这种在这种作用下作用下, ,铁磁质的内部形成了一些自发磁化的小区铁磁质的内

13、部形成了一些自发磁化的小区域域磁畴磁畴. . 每一磁畴中每一磁畴中, ,各原子的排列很整齐各原子的排列很整齐, ,因此具有很强因此具有很强的磁性的磁性. .但不同的磁畴排列方向彼此不同但不同的磁畴排列方向彼此不同, ,所以所以时时, ,各磁畴磁矩相互抵消各磁畴磁矩相互抵消, ,对外不显磁性对外不显磁性. . 加上外磁场加上外磁场 : :各磁畴磁矩取向趋于一致各磁畴磁矩取向趋于一致, ,且与外且与外磁场方向相同磁场方向相同, ,所以在不强的外磁场下所以在不强的外磁场下, ,铁磁质会表铁磁质会表现出很强的磁性现出很强的磁性. .通常铁磁质产生的附加磁场要比通常铁磁质产生的附加磁场要比外磁场要大好几

14、个数量级。外磁场要大好几个数量级。 ch16有磁介质存在时的磁场课件25铁磁质中的自发磁化区域磁铁磁质中的自发磁化区域磁畴受到剧烈的分子热运动的破坏，磁畴被瓦解畴受到剧烈的分子热运动的破坏，磁畴被瓦解, ,铁磁质的特性消失铁磁质的特性消失, ,过渡到过渡到. .不同的铁磁质不同的铁磁质居里温度亦不同居里温度亦不同. . 用于磁畴的转向需用于磁畴的转向需要克服阻力（来自磁畴间的摩擦），因此当外磁要克服阻力（来自磁畴间的摩擦），因此当外磁场减弱或消失时磁畴并不按原来的变化规律退回场减弱或消失时磁畴并不按原来的变化规律退回原状，因而表现磁滞现象。当外磁场停止作用后原状，因而表现磁滞现象。当外磁场停止

15、作用后，磁畴的某种排列被保留下来，使得铁磁质仍能，磁畴的某种排列被保留下来，使得铁磁质仍能保留磁性。保留磁性。ch16有磁介质存在时的磁场课件26不同铁磁性物质的磁滞回线有很大差异。图示不同铁磁性物质的磁滞回线有很大差异。图示三种铁磁材料的磁滞回线。三种铁磁材料的磁滞回线。a）软磁材料）软磁材料b）硬磁材料）硬磁材料c）矩磁铁氧体材料）矩磁铁氧体材料HBHBHB三、三、 铁磁质的分类铁磁质的分类ch16有磁介质存在时的磁场课件27有两根铁棒，外表完全一样。一根是磁铁，另有两根铁棒，外表完全一样。一根是磁铁，另一根不是磁铁。你怎样把他们区别开？不准把一根不是磁铁。你怎样把他们区别开？不准把随便一

16、根棒作磁针悬挂起来，或用任何其它仪随便一根棒作磁针悬挂起来，或用任何其它仪器。器。中子没有电荷，但有磁矩。根据经典电磁学，中子没有电荷，但有磁矩。根据经典电磁学，这种情况是否可能？或者说，仅由此证据是否这种情况是否可能？或者说，仅由此证据是否就可以说明经典电磁学已经不成立？就可以说明经典电磁学已经不成立？把一枚铁钉放在靠近强磁铁的光滑桌面上，然把一枚铁钉放在靠近强磁铁的光滑桌面上，然后由静止释放，这枚铁钉就被磁铁所吸引。这后由静止释放，这枚铁钉就被磁铁所吸引。这枚铁钉冲击到磁铁之前的瞬间所具有的动能从枚铁钉冲击到磁铁之前的瞬间所具有的动能从何而来？何而来？ch16有磁介质存在时的磁场课件28下

17、面的几种说法是否正确，试说明理由：下面的几种说法是否正确，试说明理由：1) H仅仅与传导电流（自由电流）有关；与传导电流（自由电流）有关；2) 不论抗磁质不论抗磁质与顺磁质，与顺磁质，B总与总与H同向；同向；3) 通过以闭合曲线通过以闭合曲线L为边线的任意曲面的为边线的任意曲面的B通量均相等；通量均相等；4)通过以闭通过以闭合曲线合曲线L为边线的任意曲面的为边线的任意曲面的H通量均相等。通量均相等。将磁介质样品装入试管中并吊将磁介质样品装入试管中并吊挂到螺线管上端开口处。当螺挂到螺线管上端开口处。当螺线管通电后，则可发现随样品线管通电后，则可发现随样品的不同，它可能受向上或向下的不同，它可能受向上或向下的磁力。受到向上磁力的样品的磁力。受到向上磁力的样品是抗磁质还是顺磁质？是抗磁质还是顺磁质？螺线管螺线管样品样品ch16有磁介质存在时的磁场课件29四、四、 磁屏蔽原理磁屏蔽原理 在磁场中两种磁介质的交界面的两侧，由于相对在磁场中两种磁介质的交界面的两侧，由于相对磁导率不同，磁化强度也不同，因而界面两侧的磁磁导率不同，磁化强度也不同，因而界面两侧的磁场也不同。场也不同。 由安培环路定理和磁场高斯定理得到磁场的边界由安培环路定理和磁场高斯定理得到磁场的边界条件：条件： nnttBBHH2121trtrttntntHHBBBBBB221121221121/tantan 由上式得