大学物理117 磁介质

1、 B0 B0+B/ 在外磁场作用下在外磁场作用下, , 介质表面感介质表面感生出束缚生出束缚 (磁化磁化)电流的现象电流的现象.磁介质：磁介质：在外磁场中，被磁场在外磁场中，被磁场磁化磁化，激发附加磁场，激发附加磁场，与原磁场会产生互相影响的物质。与原磁场会产生互相影响的物质。11.7.1磁介质的分类磁介质的分类 11.7 磁介质磁介质0BBB介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度 磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度 BBBIEEEq00介介质质中中总总场场产产生生磁磁化化电电流流磁磁介介质质介介质质中中总总场场产产生生极极化化电电荷荷电电介介质

2、质磁磁化化后后极极化化后后与电介质的类比与电介质的类比 相对磁导率相对磁导率 0BBr0r磁介质的磁导率磁介质的磁导率 当均匀磁介质充满整个磁场时，磁介质的相对磁导率为：当均匀磁介质充满整个磁场时，磁介质的相对磁导率为： 1r顺磁质顺磁质(附加场附加场 与与 同向，同向，BB0)B 0B抗磁质抗磁质(附加场附加场 与与 反向，反向，BB0)B 0B1r1 r 磁介质的分类磁介质的分类如：氧、铝、钨、铂、铬等。如：氧、铝、钨、铂、铬等。如：氮、水、铜、银、金、铋等。如：氮、水、铜、银、金、铋等。如：铁、钴、镍等如：铁、钴、镍等分子磁矩：分子磁矩： 若把分子看成一个整体，这种分子电流具有的磁若把分

3、子看成一个整体，这种分子电流具有的磁矩，称为分子固有磁矩或称矩，称为分子固有磁矩或称分子磁矩分子磁矩，用，用Pm表示。表示。 旋旋圆圆电电流流自自旋旋磁磁矩矩电电子子绕绕自自转转轴轴转转动动的的自自道道圆圆电电流流轨轨道道磁磁矩矩各各个个电电子子绕绕核核转转动动的的轨轨矢量和矢量和ipmS11.7.2抗磁性与顺磁性的微观解释抗磁性与顺磁性的微观解释无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化0B有外磁场有外磁场sI0BBB顺顺磁质内磁场磁质内磁场 0mmPP互互抵抵消消没没有有分分子子磁磁矩矩轨轨道道磁磁矩矩与与自自旋旋磁磁矩矩相相抗抗磁磁物物质质互互加加强强形形成成分分子子磁磁矩矩轨轨

4、道道磁磁矩矩与与自自旋旋磁磁矩矩相相顺顺磁磁物物质质：取向磁化取向磁化无外磁场时抗磁质分子磁矩为零无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 0mP0BBB抗抗磁质内磁场磁质内磁场qv0B0B， 同同向时向时qv0B， 反反向时向时0BFmPFmPmPmP抗磁质的磁化抗磁质的磁化附加磁化附加磁化)(0sLIIl dB对任意闭合回路进行对任意闭合回路进行B的积分的积分 磁介质磁介质中的中的安培环路安培环路定理定理 IlHld即：磁场强度沿任一闭合回路的环流等于穿过即：磁场强度沿任一闭合回路的环流等于穿过该回路所围面积的该回路所围面积的传导电流传导电流之代数和。之代数和。11.7.3磁介质中的安培环路定理磁介质

5、中的安培环路定理11.7.4 B与与H的关系的关系 r0 磁导率磁导率HHBr0 利用安培环路定理可以方便地求有磁介质时某利用安培环路定理可以方便地求有磁介质时某些对称的磁场分布。些对称的磁场分布。 、选择一个合适的积分回路或者使某一段积分线上、选择一个合适的积分回路或者使某一段积分线上 H为常数，或使某一段积分线路上为常数，或使某一段积分线路上H处处与处处与dl 垂直；垂直；3 3、先由、先由求求H ，再由，再由 求求B。lH dlIHBr0基本步骤：基本步骤：、首先分析磁场分布的对称性或均匀性；、首先分析磁场分布的对称性或均匀性；、密绕长直螺线管内充满介质的磁感应强度：、密绕长直螺线管内充

6、满介质的磁感应强度：nIBr0nIH 、环形螺线管内部充满介质的磁感应强度：、环形螺线管内部充满介质的磁感应强度：rNIBr20rNIH2、无限长的载流圆柱体外充满介质的磁场：、无限长的载流圆柱体外充满介质的磁场： 内部为内部为22 RIrH202RIrBrIBr20rIH2外部为外部为例例关于磁场强度的下列说法中，哪个是正关于磁场强度的下列说法中，哪个是正确的？确的？(A) 仅与传导电流有关仅与传导电流有关.(B)若闭合曲线内没有包围传导电流，则若闭合曲线内没有包围传导电流，则曲线上各点的必为零曲线上各点的必为零.(C)如果闭合曲线上各点均为零，则该如果闭合曲线上各点均为零，则该曲线所包围传

7、导电流的代数和为零曲线所包围传导电流的代数和为零.(D)以闭合曲线以闭合曲线L为边界的任意曲面的为边界的任意曲面的通量均相等通量均相等.HHHHH答案：答案：(C)理由：理由：(A) 由空间所有自由电流和束缚电流由空间所有自由电流和束缚电流共同产生共同产生H21SSSdBSdBLS1S21n2n 1 20SSdB2121SSSdHSdH0Ll dH0H(B)0000内Il dHHL(C)(D)若若21则则21SSSdHSdH 例例 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限无限长长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为导率为 的磁介质的磁介质.

8、当两圆筒当两圆筒通有相反方向的电流通有相反方向的电流 时，时，试试 求求（1）磁介质中任意点磁介质中任意点 P 的磁感应强度的大小的磁感应强度的大小； （2）圆柱体外面一点圆柱体外面一点Q 的磁感强度的磁感强度.rrRIIrrdIRRdrIlHldIHd2dIHB2r0解解IrrdIRRd 0IIlHld0,02HHd0HB0Brd，同理可求同理可求例一根例一根“无限长无限长”的直圆柱形铜导线，的直圆柱形铜导线，外包一层相对磁导率为外包一层相对磁导率为r的圆筒形磁介质，的圆筒形磁介质，导线半径为导线半径为R1，磁介质的外半径为，磁介质的外半径为R2，导，导线内有电流线内有电流I通过，电流均匀分

9、布在横截通过，电流均匀分布在横截面上，求：面上，求：(1)介质内外的磁场强度分布，并画出介质内外的磁场强度分布，并画出H-r图，加以说明图，加以说明(r是磁场中某点到圆柱轴线是磁场中某点到圆柱轴线的距离的距离)；(2)介质内外的磁感应强度分布，并画出介质内外的磁感应强度分布，并画出B-r图，加以图，加以说明说明.解由于电流分布的轴对称性，在垂直于轴线的平解由于电流分布的轴对称性，在垂直于轴线的平面上，选择积分回路面上，选择积分回路L：以圆柱轴线为圆心、：以圆柱轴线为圆心、r为半为半径的圆周，由安培环路定理径的圆周，由安培环路定理当当rR1时，时， 2LH dlrHI 12HIr21221112

10、2IIHrrrRR0101212IBHrRr1当当R1rR2时，时， 22IHr当当rR2时，时， 32IHr画出曲线图画出曲线图2202rIBHr 03032IBHr11.7.5铁磁质铁磁质基本性质：基本性质：高高 值、非线性（值、非线性（ 不是常数）、磁滞不是常数）、磁滞性、存在居里温度性、存在居里温度不同磁介质的不同磁介质的磁化曲线磁化曲线比较比较45抗磁介质抗磁介质铁磁介质铁磁介质顺磁介质顺磁介质B)(00BHo1 1、磁化曲线、磁化曲线Hr 铁磁质的铁磁质的 r 不是个常数，不是个常数，它是它是H 的函数。的函数。矫顽力矫顽力cH 当外磁场由当外磁场由 逐渐减小时，这种逐渐减小时，这

11、种 B的变化落后于的变化落后于H的变的变化的现象，叫做化的现象，叫做磁滞磁滞现象现象 ，简称，简称磁滞磁滞.mH 由于磁滞，由于磁滞， 时，时，磁感强度磁感强度 ， 叫做剩余磁感强叫做剩余磁感强度度( (剩磁剩磁) ).0H0BrBmBmHPrBcHmHPmBHBO磁滞回线磁滞回线Q2 2、磁滞回线、磁滞回线3、铁磁性材料、铁磁性材料HBO软软磁材料磁材料HBO硬硬磁材料磁材料不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.HBO矩矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料软磁材料：软磁材料：磁滞损耗小，交变磁场中的铁芯。磁滞损耗小，交变磁场中的铁芯。矩磁材料：矩磁材料：“记忆记忆”

12、元件。元件。硬磁材料：硬磁材料：矫顽力和剩磁大，永磁体。矫顽力和剩磁大，永磁体。4、铁磁介质、铁磁介质磁化机理磁化机理磁畴：磁畴：电子自旋磁矩自发平行排列形成自发磁化区域，电子自旋磁矩自发平行排列形成自发磁化区域，10-1210-8m3，含，含10171021个原子，磁化强度非常大。个原子，磁化强度非常大。磁滞：磁滞：掺杂、内应力、耗散。掺杂、内应力、耗散。“畴壁位移畴壁位移”和和“磁矩取向磁矩取向”过过 程不可逆。程不可逆。居里点：居里点：温度温度T TC 磁畴瓦解、铁磁质磁畴瓦解、铁磁质顺磁质。顺磁质。无外磁场无外磁场B有有外外磁磁场场 1.洛仑兹力洛仑兹力:BvqF 一、磁场对运动电荷、电流的作用力一、磁场对运动电荷、电流的作用力2.霍耳效应霍耳效应:BlIdFd 3.安培定律安培定律:4.载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩:nISSIPm 5.磁力矩磁力矩:BPMm sinBPMm sinqvBF sindFI