《大学物理》课件5.7 磁介质

按相对磁导率顺磁质抗磁质减弱原场增强原场弱磁性物质顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1,即铁磁质通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质(如：铬、铀、锰、氮等)(如：铋、硫、氯、氢等)(如：铁、钴、镍及其合金等)

磁介质的分类二、介质磁化机理分子磁矩pmI

根据物质结构理论,分子中的电子绕核运动,同时又自旋。这些运动产生的磁效应，可用一个圆电流来等效。这个等效的圆电流称为分子电流,相应的磁矩pm称为分子的固有磁矩。

抗磁质对外不显磁性顺磁质由于热运动，对外也不显磁性无外磁场作用时有外磁场作用时顺磁质分子的固有磁矩受力矩的作用，使分子的固有磁矩趋于外磁场方向排列。但由于分子热运动的影响，各分子固有磁矩的取向不可能完全整齐，不过外磁场越强，排列越整齐。正是由于这种取向排列使得原磁场得到加强，但这种加强很小。抗磁质它的分子没有固有磁矩，为什么也能受磁场的影响？抗磁质在外磁场的作用下产生附加磁矩。以电子的轨道运动为例：(如电子沿相反的方向做轨道运动，同样的分析方法)无论电子轨道运动如何，外磁场对它的力矩总使它产生一个与外磁场方向相反的附加磁矩。附加磁矩产生附加磁场,附加磁场与外场方向相反——抗磁质三、磁化强度1.磁化电流Bo对于顺磁质

一块顺磁质放到外磁场中时,它的分子的固有磁矩要沿着磁场方向取向,如图所示。

考虑和这些磁矩相对应的分子电流,可以发现：在均匀磁介质内部，各处电流的方向总是有相反的,结果相互抵消。

只有在横截面边缘处，分子电流未被抵消,形成与横截面边缘重合的一层圆电流。这种电流叫做磁化电流。pm磁化电流2.磁化强度—单位体积内分子磁矩的矢量和

由于磁化电流是磁介质磁化的结果,所以磁化电流和磁化强度之间一定存在着某种关系。为简单起见,我们用长直螺线管中的圆柱体顺磁介质来说明它们的关系。

设圆柱体顺磁介质长L,横截面积为S,磁化电流面密度为J,则此磁介质中的总磁矩为LMS=磁介质中分子磁矩的矢量和JLS=|pmi|按磁化强度的定义，有即磁化电流面密度J等于磁化强度M的大小。

一般情况下,J=M可写成矢量式:

对包围电流矩形闭合路径l,则磁化强度的环流为

闭合路径l所包围的磁化电流的代数和在磁介质中,安培环路定理应写为式中,

Io内和

I´内分别是闭合路径l所包围的传导电流和磁化电流的代数和。由于:定义：磁场强度矢量四、安培环路定理

所以磁介质中的安培环路定理可写为

即:磁场强度H的环流(沿任一闭合路径l的线积分)等于该闭合路径l所包围的传导电流的代数和。

实验表明,在各向同性磁介质中：式中,

m叫磁介质的磁化率。M=

mH令1+m=r

相对磁导率,

o

r=磁导率,则B=

o(H+M)=o(1+m)HB=

o

rH=H在国际单位制中,磁场强度的单位为安/米(A/m)。

于是例1

一根长直同轴线由半径a的长导线和套在它外面的内半径为b、外半径为c的同轴导体圆筒组成。中间充满磁导率为

的各向同性均匀非铁磁绝缘材料,如图所示。由圆筒向下流回,设电流在截面上都是均匀分布的。求同轴线内外的磁场强度H和磁感应强度B的分布。···bcaoII

IIabc解由安培环路定理:及B=Hr<a:H=

H·2r···bcaoIIr0B=02rb<r<c:H=

···bcaoIIrIr=0例题一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为

r的均匀介质。导线内通电流I，求管内磁感应强度和磁介质表面的束缚电流密度。解环路定理

Bcabd•lHP所以五、磁畴

电子的自旋磁矩在一些小区域自发的整齐排列，形成自发磁化的小区域，称为磁畴。其中分子磁矩自发地磁化达到饱和状态无磁化方向与有——整个铁磁质的总磁矩为零同向的磁畴扩大磁化方向转向的方向使磁场大大增强当外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和内应力的阻碍，并不能恢复磁化前的状态。磁畴的磁化方向（未经磁化的铁磁质）六、铁磁质的磁化规律铁磁介质的的磁化规律可用B-H实验曲线表示

剩磁矫顽力实验证明：各种铁磁质的起始曲线都是“不可逆”的，

—磁滞现象七、铁磁质分类

实验表明，不同铁磁质的磁滞回线不同。根据铁磁质矫顽力的大小铁磁质可分为：HC较小易磁化，易退磁软磁材料HC较大剩磁较强，不易退磁可作永久磁铁硬磁材料变压器、电机、电磁铁的铁芯矩磁材料HC大剩磁接近饱和，不易退磁可作磁记录器导体半导体绝缘体