磁介质中的磁场

1、0B r 称磁介质的相对磁导率称磁介质的相对磁导率只与磁介质的种类有关。只与磁介质的种类有关。=1抗磁质抗磁质 汞、铜等汞、铜等1顺磁质顺磁质 氧、铝等氧、铝等1铁磁质铁磁质实验发现实验发现rBB 01 10-5103一、介质对磁场的影响一、介质对磁场的影响IIB 当电流周围有物质存在时，磁场会使物质磁化，这样磁当电流周围有物质存在时，磁场会使物质磁化，这样磁化了的物质形成一附加磁场，影响原来的磁场。化了的物质形成一附加磁场，影响原来的磁场。磁介质磁介质磁化磁化磁化电流磁化电流附加磁场附加磁场B B 总磁场总磁场B二、物质的磁化（顺磁质、抗磁质）二、物质的磁化（顺磁质、抗磁质）1 1、磁介质的

2、分子磁矩及分子电流、磁介质的分子磁矩及分子电流环绕原子核的电子高速旋转；环绕原子核的电子高速旋转；电子自身要自旋。电子自身要自旋。分子电流分子电流与分子磁矩相应的等效圆电流。又称为与分子磁矩相应的等效圆电流。又称为束缚电流束缚电流。分子磁矩分子磁矩分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和矢量和； 又称为又称为固有磁矩固有磁矩。相当于一个圆电流相当于一个圆电流niSm 相应的磁矩：相应的磁矩：iS Smn2 2、两类磁介质、两类磁介质抗磁质：抗磁质：每个分子的固有磁矩为零。每个分子的固有磁矩为零。不论何种介质，在无外场时，对外不显磁性不论何种介质，在无外场时

3、，对外不显磁性顺磁质：顺磁质：每个分子的固有磁矩不为零。每个分子的固有磁矩不为零。3 3、磁介质的磁化、磁介质的磁化顺磁质顺磁质磁化：在外磁场中分子电流要受磁场力矩磁化：在外磁场中分子电流要受磁场力矩作用使分子磁矩尽量转向外磁场方向作用使分子磁矩尽量转向外磁场方向顺磁性顺磁性磁介质放入外磁场后，磁介质将发生变化磁介质放入外磁场后，磁介质将发生变化抗磁性存在于一切磁介质中，但很弱抗磁性存在于一切磁介质中，但很弱L L抗磁质抗磁质磁化：分子中电子轨道在外磁场中会产生进磁化：分子中电子轨道在外磁场中会产生进动，从而产生附加磁场，而附加磁场的方向总与外动，从而产生附加磁场，而附加磁场的方向总与外加磁场

4、方向相反加磁场方向相反抗磁性抗磁性做圆运动的电子处在磁场中，有拉摩进动。做圆运动的电子处在磁场中，有拉摩进动。-emLnn以电子的轨道运动为例以电子的轨道运动为例nn轨道运动磁矩：轨道运动磁矩：nrenISm22 轨道运动角动量：轨道运动角动量：nvrmnvrmLee nevrm 21两式比较，可得：两式比较，可得：Lmeme2 电子的拉摩进动而产生的附加磁矩说明：（以下两页）电子的拉摩进动而产生的附加磁矩说明：（以下两页）I-e0BmLnnLmeP2电子的轨道运动磁矩在外磁场作用下，电子的轨道运动磁矩在外磁场作用下，产生的磁力矩为：产生的磁力矩为：0BmM M具有角动量的物体在力矩的作用下具

5、有角动量的物体在力矩的作用下就要发生进动。这一进动也等效为就要发生进动。这一进动也等效为一种圆电流，这种圆电流的磁矩方一种圆电流，这种圆电流的磁矩方向总是与外磁场方向相反。向总是与外磁场方向相反。m 所以电子在做轨道运动的同时又绕外磁场做所以电子在做轨道运动的同时又绕外磁场做进动，这称作进动，这称作。拉摩进动产生一附。拉摩进动产生一附加磁矩加磁矩 ，与外磁场，与外磁场 方向相反。方向相反。m 0B顺磁质顺磁质 在外磁场中分子在力矩作用下向外磁场方向转动在外磁场中分子在力矩作用下向外磁场方向转动的趋势大于抗磁性，可将抗磁性略去。的趋势大于抗磁性，可将抗磁性略去。抗磁质抗磁质 由于分子磁矩为零只有

6、抗磁性。由于分子磁矩为零只有抗磁性。B均匀磁场均匀磁场螺线管截面螺线管截面mI由于分子磁矩的取向一致，由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们相对应的分子考虑到它们相对应的分子电流如图，长直螺线管内电流如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同性介部充满均匀的各向同性介质，将被均匀磁化质，将被均匀磁化定义定义 单位体积内分子磁矩的单位体积内分子磁矩的矢量和矢量和-介质的磁化强度：介质的磁化强度：VmMiV 0lim抗磁质抗磁质BM 顺磁质顺磁质BM 三、磁化强度三、磁化强度1mA 单位单位 II oo IlBL 0 d SSB0d磁场规律磁场规律四、四、 有磁介质存在时的磁场有磁介质存在时的磁场( (磁场

7、强度磁场强度H H的环路定理）的环路定理）有磁介质时的恒定磁场：有磁介质时的恒定磁场：自由电流自由电流I Io o共同作用产生共同作用产生磁化电流磁化电流I I 可证明可证明IlML dIIlLB 0do H H 的环路定理的环路定理odIlHL IlBL 0 d II oo 0Il dMBL o 1Am 单位单位MBH 0 磁场强度磁场强度定义：定义：；它表明磁场强度沿闭合环；它表明磁场强度沿闭合环路路L的环流等于正向通过以的环流等于正向通过以L为边界的曲面的为边界的曲面的传导电流传导电流。odIlHL MBH 0 ()mrBHHH 001HMm 各向同性磁介质各向同性磁介质HHBr 0各向

8、同性磁介质各向同性磁介质H H 的环路定理的环路定理rmr 01相对磁导率相对磁导率磁导率磁导率磁化率磁化率H H的一般的一般定义式定义式odIlHL rmr 01 HHBr 0各向同性磁介质：各向同性磁介质：提示：提示：H H的环流与磁化的环流与磁化电流无关，电流无关，H H一般与磁一般与磁化电流有关化电流有关顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质1 r 1 r 1r 小于小于10 m 0 m 总结：总结：磁导率磁导率磁化率磁化率相对磁导率相对磁导率例例1 1 一无限长载流磁介质，半径为一无限长载流磁介质，半径为R R，相对磁导率为，相对磁导率为 ，通以，通以电流电流I I，周围充满磁导率为，

9、周围充满磁导率为 的均匀磁介质（顺磁质的均匀磁介质（顺磁质) )；求：求： 的分布。的分布。解解：因传导电流及磁化电流都具有轴对称性。：因传导电流及磁化电流都具有轴对称性。 Rr 0222rRIrH 内内 IldHL1内内2r1rBRIr 1r 2rrRIH22 内内rRIHBr2102 内内内内在圆柱内作半径为在圆柱内作半径为r r的安培环路：的安培环路：在圆柱外作半径为在圆柱外作半径为r r的安培环路：的安培环路：rIHBr 220 外外rIH 2 外外 内内外外LLIl dH2IrH 2外外方向：沿方向：沿L L的切向。的切向。Rr 一、基本特点一、基本特点1 1、；10 rBB 2 2

10、、Br 有关；有关；B B与与H H非线性非单值；非线性非单值；3 3、磁滞和剩磁效应；、磁滞和剩磁效应；5 5、超过居里温度变为顺磁质；、超过居里温度变为顺磁质；4 4、有饱和状态；、有饱和状态； nIH 1.1.磁化曲线磁化曲线二、磁化曲线与磁滞回线二、磁化曲线与磁滞回线由实验测量不同材料时的由实验测量不同材料时的B 。 作作B H 曲线。曲线。铁磁质铁磁质顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质HBOH rO1HB0 HB0 HB0 H IB? Br 剩磁剩磁Hc 矫顽力矫顽力2.2.磁滞回线和材料的磁性磁滞回线和材料的磁性磁滞回线所围的面积与磁化能量成正比。磁滞回线

11、所围的面积与磁化能量成正比。OHBOHBa ab b f fe ed dc ccHcHB Br r-B-Br r磁滞回线磁滞回线O OB B软磁材料软磁材料（矫顽力较小）（矫顽力较小）( (纯铁、硅钢等纯铁、硅钢等) )( (变压器、电机中的铁芯变压器、电机中的铁芯) )硬磁材料硬磁材料（矫顽力较大）（矫顽力较大）( (碳钢、钨钢等碳钢、钨钢等) )( (永久磁铁永久磁铁) )矩磁材料矩磁材料( (锰锌铁氧体锰锌铁氧体) ) ( (计算机中记忆材料计算机中记忆材料) )四、磁畴和铁磁质的磁化机制四、磁畴和铁磁质的磁化机制铁磁质的磁性主要来源于电子的自旋磁矩。铁磁质的磁性主要来源于电子的自旋磁矩。铁磁质是由一些自发磁化的区域铁磁质是由一些自发磁化的区域-磁畴构成。磁畴构成。撤除外磁场后，铁磁撤除外磁场后，铁磁质将重新分裂为许多质将重新分裂为许多磁畴，但并不恢复磁磁畴，但并不恢复磁化前的状态，所以存化前的状态，所以存在剩磁性。在剩磁性。无外磁场时无外磁场时：H小小H增加增加H剧增剧增H大大有外磁场且