稳恒磁场 06教材

§6.14磁介质及其磁化机制一.磁介质的分类:*相对磁导率:实验发现：有、无磁介质的螺旋管内磁感应强度的比值，可表征它们在磁场中的性质。

磁介质的分类：IIB0IIB超导体是理想的抗磁体1.顺磁质:如氧、铝、钨、铂、铬等。2.抗磁质:如氮、水、铜、银、金、铋等。3.铁磁质:如铁、钴、镍等二.顺磁质和抗磁质磁化的微观机制分子电流所对应的磁矩在外磁场中的行为决定磁介质的特性。1.原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。用等效的分子电流的磁效应来表示各个电子对外界磁效应的总合，称为分子电流、分子的固有磁矩。

pmr

fpmB0v

fpmB0v*

与B0反向：而且：与B0同方向则：

pm与B0反方向。在外电场B0作用下：*

与B0平行且同向：与B0同方向而且：则：

pm与B0反方向。

pm

pm结论：无论

与B0同向，还是反向,

总是与B0同向，导致

pm总与B0反向，在理论上可以证明当

与B0

成任意角时，

总是与B0的方向一致，从而导致

pm总是与B0方向相反。进动进动进动2.由于顺磁质和抗磁质电结构不同，导致它们产生磁效应的根源不同。磁介质的电结构：（1）分子中，各电子的磁矩不完全抵消，整个分子具有磁矩Pm

（2）分子中，各电子的磁矩完全抵消，整个分子不具有磁矩，即Pm=0构成顺磁质的分子为（1）类分子；抗磁质的分子为（2）类分子。两种磁介质磁效应的来源：顺磁质：每个分子都有固有磁矩，在无B0时，由于分子磁矩取向的无规则，所以

pm=0介质处于未磁化状态，在有外磁场时，每个pm将受到一力矩作用，其趋势使各个pm转到外磁场方向上去，在一定程度上沿B0排列起来，此种介质pm

pm,

pm可以忽略，所以B=B0+B'

B0.无外磁场顺磁质的磁化分子圆电流和磁矩有外磁场抗磁质：每个分子都没有固有磁矩，在无B0

时，则有

pm=0，介质处于未磁化状态，在有外磁场时，每个电子

pm都与B0方向相反，使整个分子内产生与B0相反的附加磁矩

pm，使B=B0+B

B0说明外磁场B0与磁介质相互作用，使其处于特殊状态能产生新的磁矩，或者说附加的磁场B

,这过程为磁化。同向时

反向时无外磁场时抗磁质分子磁矩为零抗磁质内磁场抗磁质的磁化抗磁质磁化的微观机制和宏观效果顺磁质磁化的微观机制和宏观效果四.束缚电流：在均匀外磁场中，各向同性均匀的磁介质被磁化，未被抵消的分子电流沿着柱面流动，称为磁化面电流三.磁化强度：描述磁介质被磁化强弱的物理量顺磁质：抗磁质：说明：1.M是矢量，单位安培/米。

2.实验证明：3.M与介质特性、温度与统计规律有关。

m称为磁化率.设js

为圆柱形磁介质表面上“每单位长度的分子面电流”。（称分子表面电流的线密度），S为磁介质的截面，l为所选取的一段磁介质的长度ISIS分子电流说明：一般情况下，分子电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。五.磁化强度的环流在均匀外磁场中，各向同性顺磁质均匀的被磁化。磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过此回路的分子电流IS的代数和.

其中：B为总场强;I为传导电流;Is分子电流1.有介质存在时的安培环路定理§6.14磁介质的磁场磁场强度定义磁场强度则有：表述：沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。说明：H的环流仅与传导电流I有关,与介质无关。(当I相同时，尽管介质不同，H在同一点上也不相同，然而环流却相同。因此可以求场量H，就象求D

那样。2.磁场强度、极化强度、磁感应强度之间的关系实验证明：对于各向同性介质设称为相对磁导率磁导率电介质中的高斯定理磁介质中的安培环路定理之间的关系

之间的关系例题2：长直螺旋管内充满相对磁导率为

r均匀磁介质。设励磁电流I

0，单位长度上的匝数为n

。求：管内的磁感应强度和磁介质表面的面束缚电流密度。解：因管外磁场为零，取如图所示安培回路顺磁质抗磁质束缚电流与传导电流反向→B→H

cabdPl

例题3：长直单芯电缆的芯是一根半径为R的金属导体，它与外壁之间充满相对磁导率为

r均匀磁介质，电流从芯流过再沿外壁流回。求:介质中磁场分布及与导体相邻的介质表面的束缚电流。方向沿圆的切线方向方向与轴平行磁介质内表面的总束缚电流解：R

1.铁磁质的特点铁、钴、镍和它们的一些合金、稀土族金属（在低温下）以及一些氧化物（如CrO2）等磁介质都称为铁磁质。其特点：§6.16铁磁质一、

铁磁质的磁化规律落后于，——磁滞现象是的复杂函数，附加磁场很大，剩余磁性——剩磁居里温度:高于居里温度时，铁磁质呈现顺磁性温度降至居里点以下后，又恢复铁磁性线圈中通入的电流I使铁磁质磁化，称为励磁电流。环中磁场：其中，N

为环上线圈的总匝数，r

为环的平均半径。环内的B

可由冲击电流计测得。

2.研究磁化规律的实验装置RINLBHrO铁磁质冲击电流计baN2线圈的总电阻是R，产生的电流为：当合上N1线圈的开关，电流增大，它在铁环中的磁场增强，在N2线圈中有感应电动势产生。N1线圈电流增大到I所需时间为

，则在同一时间内通过N2回路的电量为:测量磁介质中磁感应强度

3.磁化曲线（起始磁化曲线）

M~H曲线B~H曲线【讨论一】：参见上图“0~1”：缓慢上升；“1~2”：激烈上升；“2~3”：减慢上升；“3~S”：M、B不变。1。2。。31。2。。3B

H既不是线性关系，也不是单值关系，与铁磁质的磁化历史有关。

4.磁滞回线I=0时，H=0，Br

剩磁磁滞现象磁化曲线形成的闭合曲线称为磁滞回线。I反向，B=0时，

Hc

矫顽力ab

fedcOBrHc-HcH-BrB0MHM~H磁滞回线0BHB~H磁滞回线a●c●●a’●a’●b’●b’●c’●c’c●-Hcb●Mba●Mab●Bb【讨论二】：参见上图“a”点：Ma饱和磁化强度；“b”点：Mb剩余磁化强度，“c”点：Hc——矫顽力；Bb剩余磁感应强度；【讨论三】：参见右图

与不是常量H磁导率与磁场强度曲线因M~H

和B~H

均为非线性关系由有：M~H

曲线在原点处切线的斜率，初始磁化率；：B~H

曲线在原点处切线的斜率，初始相对磁导率；——最大磁化率；——最大相对磁导率。退磁方法：

加热

振动

减幅磁振荡1.硬磁材料，矫顽力大：炭钢、合金钢、锰钢、钴钢和铁氧体等，可充磁成恒磁或称永磁。用于磁电式仪表，电声换能元件，永磁电机，指南针。二、铁磁体分类与应用Br大，HC大，HC：104

～106A/m；磁滞回线胖，磁滞损耗大；撤外场后，仍能保持强磁性。2.软磁材料，矫顽力小：电工软铁（含C<1‰），硅钢，铁氧体等。广泛应用于变压器，互感器，接触器，继电器，电机，电磁铁，磁芯，磁棒等3.矩磁材料，剩磁大的软磁材料（见图）BH图

矩磁可用作记忆元件，控制元件，开关元件4.磁致伸缩：高频振荡，超声波发生器等软磁材料特点：

a.HC小，磁滞回线瘦，磁滞损耗小；b.有的Br小，通电后立即磁化获得强磁场，断电立即退磁，适合用于强电c.有的起始磁导率大，适合用于弱电铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状会随之变化，称为磁致伸缩（10-5数量级）。磁性材料在信息技术中的应用随着信息时代的到来，多种磁性材料在信息高新技术中获得广泛而重要的应用

磁记录：主要有存储装置和写入、读出设备。存储装置是用永磁材料制成的设备，包括磁头和磁记录介质

磁头：写入过程中：磁头将电信号——磁场读出过程中：将磁记录介质的磁场——转变为电信号磁记录介质：内存、外存、磁盘和磁带等相邻原子间的电子存在很强的交换作用，形成一个小小的自发磁化区域，称为磁畴。当时，如图

所示,磁畴1.磁畴概述当时，磁畴转向外场方向排列。——铁磁质磁化。三、磁畴与磁化（铁磁质的为官结构和磁化机理）a片形畴（L=8微米）；b蜂窝畴（L=75微米）；c楔形畴几种铁磁材料的磁畴结构图，其中a、b为Ba铁氧体单晶基面上的磁畴结构，L为晶体厚度；c为钴的两个晶粒上的磁畴结构（如图所示）2.铁磁质磁化机理a：未磁化时状态b：畴壁的可逆位移阶段—OA段c：不可逆的磁化——AB段d：磁畴磁矩的转动——BC段e