磁介质(大学物理教材PPT)

1、第第13章章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场 磁介质中的磁场磁介质中的磁场第第5 5篇篇 电磁学电磁学( (磁学磁学4)4)（Magnetic Field in Magnetic Medium） 13.5 13.5 磁磁介质中的磁场介质中的磁场 物质的磁性来源于分子电流。分子电流等效一个圆物质的磁性来源于分子电流。分子电流等效一个圆电流，产生分子电流磁矩，简称电流，产生分子电流磁矩，简称“分子磁矩分子磁矩”。分子磁矩分子磁矩m1 1、磁介质的磁化、磁介质的磁化-rI22122mISe re r212mer 分子磁矩包含轨道磁矩和自旋磁矩。分子磁矩包含轨道磁矩和自旋磁矩。在外磁场在外磁场 作用下，

2、分子磁矩沿外磁作用下，分子磁矩沿外磁场方向取向，产生附加磁场场方向取向，产生附加磁场 0BB磁介质的磁化磁介质的磁化BBB0磁介质中的磁场：磁介质中的磁场： 的大小和方向随磁介质的不同而异。的大小和方向随磁介质的不同而异。B2 2、三种磁介质、三种磁介质如如: 锰、铬、铂、氮锰、铬、铂、氮如如: 水银、铜、硫、氢、金、银水银、铜、硫、氢、金、银如如: 铁、镍、钴、铁氧体铁、镍、钴、铁氧体顺磁质顺磁质 抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质rBB00BBr 与与 同方向同方向, , 使使0BB B0B0BB 与与 反方向反方向, , 使使B0B0BB 与与 同方向同方向, , 且且 使使B0B0BB 对任何均

3、匀各向同性的磁介质均有对任何均匀各向同性的磁介质均有 叫磁介质的叫磁介质的相对磁导率相对磁导率，随介质种类或状态而异。，随介质种类或状态而异。r螺线管内螺线管内充满均匀磁介质后的磁场充满均匀磁介质后的磁场式中式中 称为磁介质的磁导率称为磁介质的磁导率r0nInIBBrr00 顺磁质顺磁质1r如：铝如：铝0000211.r抗磁质抗磁质1r如：铜如：铜999900.r 铁磁质铁磁质1r如：纯铁如：纯铁5000200r 真空真空1r3 3、磁介质磁化的微观机理、磁介质磁化的微观机理 ( (简述简述) )抗磁质抗磁质: 轨道磁矩和自旋磁矩相互抵消轨道磁矩和自旋磁矩相互抵消, , 分子没有磁矩分子没有磁

4、矩 , , 加上外磁场时加上外磁场时, , 分子产生感应磁矩分子产生感应磁矩 与外磁场方向相反与外磁场方向相反, , 使使合成磁场略有减弱合成磁场略有减弱. .0mmp超到材料超到材料 r = 0 B=0 完全抗磁性完全抗磁性 顺磁质顺磁质 分子固有磁矩分子固有磁矩 , , 但无但无外磁场时外磁场时, , 分子磁矩取向混乱分子磁矩取向混乱, , 相互抵消相互抵消 , , 加上外磁加上外磁场场, , 分子磁矩趋向外场方向分子磁矩趋向外场方向, , 使使磁介质中的合成磁场略有加强磁介质中的合成磁场略有加强0m 0m即即: 抗磁质抗磁质分子固有磁矩等于零分子固有磁矩等于零0m 0m无外磁场无外磁场：

5、 铁磁质铁磁质 (后述后述)4 4、 矢量及其环路定理矢量及其环路定理Hr以充满相对磁导率为以充满相对磁导率为 的磁介质的螺线管为例的磁介质的螺线管为例, , 管内真空管内真空时的磁感应强度为时的磁感应强度为 . .0B磁介质磁化后的宏观效果是：介质表面出现环形电流磁介质磁化后的宏观效果是：介质表面出现环形电流I Is s（电流（电流密度为密度为 ）。）。sj)(sLIIl dB000B sj磁化电流面密度磁化电流面密度Babcd0I0BsI取积分回路取积分回路abcd如图如图, , 由安培环路定理由安培环路定理)(sLIIl dB00磁化电流磁化电流 不易测量不易测量, ,要消去要消去sIB

6、BB0BBB0对顺磁质对顺磁质00000,sBnIBjBnI000nIjnIBs)(即000nIjs000IabjIss00000IIIl dBL)(0Il dBL或0B sjBabcd0I0Il dHL0Il dBL令令 称为称为磁场强度磁场强度, , 单位是单位是 A/ /mrBBH0磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理是一个辅助量是一个辅助量, ,描述磁场性质的量是描述磁场性质的量是 而非而非HHB注意注意: :H 的环流只与积分回路的环流只与积分回路L L内包围的传导电流有关内包围的传导电流有关, , 与磁化电流无关。或者说磁化电流对与磁化电流无关。或者说磁化电流对 的环流无的

7、环流无贡献贡献H例题、例题、一半径为一半径为 R1 的无限长圆柱形直导线，外面包一层半的无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为径为 R2 ，相对磁导率为，相对磁导率为 r 的圆筒形磁介质。通过导线的的圆筒形磁介质。通过导线的电流为电流为 I 。求磁介质内外磁感应强度的分布。求磁介质内外磁感应强度的分布。解解2212rRIrHl dHL10Rr 212RIrH21002 RIrHB10Rr R2R1Io r rIrHl dHL2rIHBrr20021RrRrIHB2002Rr 1Rr rIH2R2R1Io r r5 5、铁磁质铁磁质（1 1）磁畴）磁畴铁磁质相邻原子间存在很强的交换耦合作用，使得无

8、外场时铁磁质相邻原子间存在很强的交换耦合作用，使得无外场时自自旋磁矩在小范围内自发排列形成一些很小的自发磁化区域旋磁矩在小范围内自发排列形成一些很小的自发磁化区域 磁畴磁畴 无外场时，磁畴取向混乱，有外场时，无外场时，磁畴取向混乱，有外场时，磁畴趋向外场方向，形成更大的磁畴，大大磁畴趋向外场方向，形成更大的磁畴，大大加强了原来的磁场。加强了原来的磁场。 铁磁质的磁化与温度有关，温度升高，磁化能力减弱，温铁磁质的磁化与温度有关，温度升高，磁化能力减弱，温度达到某一值时，铁磁性消失，介质退化成顺磁质。这个温度度达到某一值时，铁磁性消失，介质退化成顺磁质。这个温度叫居里点叫居里点铁的居里点为铁的居里

9、点为 1040 K， 钴的居里点为钴的居里点为 1388 K镍的居里点为镍的居里点为 631 K（2）磁化曲线）磁化曲线 （B H曲线）曲线）铁磁质的铁磁质的 很大很大，且非常数且非常数， 曲线非线性曲线非线性HB r顺、抗磁质的顺、抗磁质的 是一常数是一常数， 为一直线为一直线HBrBHBH顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质maxB铁磁质铁磁质（3 3）磁滞回线）磁滞回线 铁磁质在交变磁场中磁化一周，铁磁质在交变磁场中磁化一周，B随随H变化的曲线形成变化的曲线形成一回线一回线B的变化落后的变化落后H的变化的变化 磁滞磁滞 剩磁剩磁rB 矫顽力矫顽力cH不同的铁磁质，有不同的磁滞不同的铁磁质，有不同的磁滞回线，回线， 不同不同crHB ,回线面积称为磁滞损耗。回线面积称为磁滞损耗。软磁质：软磁质：BrHcHcHBo磁导率大，磁导率大， 小，小， 小，小，磁滞磁滞回线回线细长，磁滞损耗低，适合细长，磁滞损耗低，适合用于制造变压器、交流电机的用于制造变压器、交流电机的铁心铁心cHrB磁滞回线磁滞回线BHBrHcHc磁导率大，矫顽力大，剩磁磁导率大，矫顽力大，剩磁也大，面积肥大，磁滞损耗也大，面积肥大，磁滞损耗大，适合用于制造永久磁铁