第5磁介质的磁化

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，可表征磁介质在磁场中的性质。顺磁质：1.磁介质的分类：如氧、铝、钨、铂、铬等。磁介质15.1磁介质的磁化磁化强度矢量根据磁场的叠加原理，介质中的合磁场的磁感应强度为：>1<1如铁、钴、镍等如氮、水、铜、银、金、铋等，超导体是理想的抗磁体式中，

的大小和方向随磁介质性质而定。铁磁质：

与

同方向，且B>>B0，顺磁质：

与

同方向，B>B0，抗磁质：

与

反方向，B<B0

，原子中电子有自旋及绕核的轨道运动，对应有自旋磁矩和轨道磁矩。用等效的分子电流磁矩来表示各个电子对外界磁效应的总合。2、顺磁质与抗磁质的微观机制1).顺磁质：每个分子等效一个圆电流分子固有磁矩不显磁性分子电流的磁矩受到磁力矩，使它向磁场方向偏转，且按统计规律取向——磁介质的磁化。在外磁场中磁场越强,温度越低,排列越整齐.53电子的拉莫进动.swf+

动量矩进动2.抗磁质：在有外磁场时轨道角动量绕磁场旋进，电子附加一个与磁感强度相反的磁矩，分子中各电子因进动而产生的磁效应的总和,称分子的附加磁矩,方向与外磁场反向,决定了分子的抗磁性.电子轨道磁矩(分子固有磁矩为0)方向为B）不管哪种介质，在无外场时，对外不显磁性.电子进动产生的附加磁矩总是减弱外磁场.与相差两个数量级。因此顺磁质中的磁场是加强了。C)2.磁化强度:单位体积内分子磁矩的矢量和。它带来附加磁场的贡献。注意：A）抗磁质固有磁矩为零，并不意味着电子不自旋，电子不绕原子核运动。分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩矢量和为零。注意：1）要宏观无限小，微观无限大。2）

顺磁质中，M与外场方向一致，抗磁质中，M

与外场方向相反。4）物理含义--描述物质磁化的程度与状态。3）M的单位：显然，磁化越厉害，分子磁矩的矢量和越大。对外磁场的影响也越大。（加强或减弱）磁化面电流LR顺磁质L大小：单位长度磁介质表面流过的磁化面电流方向：该处磁化面电流的方向。3磁化强度与磁化电流间的关系面电流密度

对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，未被抵消的分子电流相互拼接，在磁化圆柱的表面出现一层电流，称为磁化面电流。一般言之：介质表面磁化面电流密度LSM式中：为磁化强度为介质表面外法线的单位矢量。（微分关系）取一长为l

面积为S的磁介质。则：abcda作闭合回路求积分abcd积分关系

磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。

磁化强度与磁化面电流的关系，虽然是从特例给出，但是普遍成立的。磁化电流有磁介质的总场根据磁场的叠加原理，介质中的合磁场的磁感应强度为：15.2有介质时的安培环路定理定义磁场强度则有：实验证明：在各向同性磁介质有磁化率相对磁导率磁导率磁介质中的安培环路定理

的环流仅与传导电流I有关,与磁化电流无关。为研究介质中的磁场提供了方便。说明：1）是一辅助物理量，描述磁场的基本物理量仍然是（名称张冠李戴了）3）是一普遍关系式在各向同性的介质中：在电流和磁介质分布有对称性时，通过先求H，再通过B=

0

rH求B.2）的单位是A/m（SI制）例1：长直螺旋管内充满均匀磁介质

r，设励磁电流I0

，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例2：如图载流无限长磁介质圆柱其相对磁导率为

r1，外面有半径为R2的无限长同轴圆柱面，该面也通有电流I，圆柱与圆柱面间充满相对磁导率为

r2的介质，圆柱面外为真空，且R1<r<R2，

r2

>r1，求B和H的分布。

r1

r2解（1）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱内一点到轴的垂直距离是r，以r为半径在垂直于轴的平面内作一圆，取此圆为积分回路，由r由

r1

r2在回路上，

与回路绕行方向一致，且大小相等，所以有r（2）设在圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r，则以r为半径作一圆，根据安培环路定理有

r1

r2

（3）同理，在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r，以r为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得r例3:在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长度内匝数n，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为

r和

，求环内的磁场强度和磁感应强度。解：在环内任取一点，过该点作一和环同心、半径为

r的圆形回路。式中N为螺绕环上线圈的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁场强度的大小相等，方向都沿切线。当环内充满均匀介质时装置：螺绕环;铁磁质冲击电流计测量B,由得出曲线铁磁质的

r

非线性；15.3铁磁质原理:励磁电流I;

用安培定理得H一磁化规律起始磁化曲线；磁饱和现象B的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应起始磁化曲线；剩磁饱和磁感应强度矫顽力磁滞回线--不可逆过程当温度升高到一定程度时，高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。这温度称铁磁质的居里点。如：铁为1040K，钴为1390K，镍为630K.2）有剩磁，去磁要有矫顽力Hc3）具有使铁磁质性质消失的“居里点”。1）B、H具有非线性关系，数值都很大。铁磁性材料的特点：装置如图所示：将悬挂着的镍片移近永久磁铁，即被吸住，说明镍片在室温下具有铁磁性。用酒精灯加热镍片，当镍片的温度升高到超过一定温度时，镍片不再被吸引，在重力作用下摆回平衡位置，说明镍片的铁磁性消失，变为顺磁性。移去酒精灯，稍待片刻，镍片温度下降到居里点以下恢复铁磁性，又被磁铁吸住。作变压器的软磁材料。纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。

r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。作永久磁铁的硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力(Hc)大（>102A/m)，剩磁Br大磁滞回线的面积大，损耗大。用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。二铁磁质的应用作存储元件的矩磁材料Br=BS，Hc不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，当+脉冲产生H>Hc使磁芯呈+B态，则–脉冲产生H<–Hc使磁芯呈–B态，可做为二进制的两个态。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体压磁材料具有较强的磁致伸缩效应.BHO磁致伸缩有一定固有频率当外磁场变化频率和固有频率一致发生共振常用于制造激振器、超声波发生器。磁畴(～104m)三、铁磁质磁化的微观机理成因：一种量子作用---电子轨道交叠产生的一种交换耦合作用，使电子自旋取一致平行的排列，形成自发的磁化区域--磁畴。纯铁硅铁钴Si-Fe单晶(001)面的磁畴结构箭头表示磁化方向0.1mm

在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴