磁介质中的磁场课件

磁介質中的磁場

matter§11－1ClassificationofMagnetic MediaandMagneticPermeability

磁介質的分類磁導率1.MagnetizationofMedia介質的磁化Magnetization(磁化）Conclusion:Whenamagneticmediumisbroughtintoamagneticfield

(1)Thematterwillbemagnetized;(2)Themagneticfieldwillalsobeinfluencedandchanged:

istheadditionalfield(磁化附加場)duetothemagnetizationofmatterand

istheexternalfield(外磁場)。matter2.ClassificationofMagneticMedia磁介質的分類Basedontherelationbetweenand,themattercanbedividedintothreekinds:matter(1)Paramagneticsubstance(順磁質):hassamedirectionof,thatis;(2)Diamagneticsubstance(抗磁質）：isoppositeto,thatis;(3)Ferromagneticsubstance(鐵磁質):hasthesamedirectionofand;3.Permeability（磁導率）Takethelongsolenoid(長直螺線管）asanexample:TheratioofBandB0iscalledtherelativepermeabilityofthematerialandrepresentedby:Hereisdefinedasthepermeabilityofmaterial.Forthethreekindsofmagneticsubstances,wehave真空順磁質抗磁質鐵磁質or真空順磁質抗磁質鐵磁質matter§11-2MolecularTheoryofParamagnetism& Diamagnetism

順磁質和抗磁質磁化的分子理論1.Thebasictheory:atomMoleculeelectronChargedandspinMolecularmagneticdipole分子磁矩抗磁性物質：順磁性物質：Thereexisttheelementarycurrentloopsresultingfromelectronspinning（自旋）abouttheiraxesandrevolving（軌道旋轉）inorbitsaroundnuclei,thatisMolecularCurrent.

Molecularmagneticdipole2.Paramagneticsubstance:Mg,Al,W,Pt,O2,etc.Randomlyduetothermalmotion，沒有磁效應。Intheexternalmagneticfield,分子磁矩轉向外磁場方向，附加磁場使加強。Surfacemagnetizedcurrent:3.diamagneticsubstance:Becauseof,theexternalfieldcannotinfluencethemolecules,buttheLorentzforceactontheelectronsintheatomandtheirorbitswillbeinprecession(進動）aboutthedirectionof:axisGravityofEarth量子理論可以證明，在外磁場作用下，原子或分子中各個電子因進動而產生附加磁矩，用表示，無論是抗磁物質還是順磁物質，總是與反向。電子的進動總是與成右旋關係，電子的進動也相當於一園電流，電子帶負電，因此這電流的磁矩與反向。無論是順還是抗磁質，都有進動，只是順磁質的磁化以分子磁矩的轉向為主。§11-3Ampere’sLawinaMedium

磁介質中的安培環路定理1.Theextensionoftwolaws:Liketheconductioncurrent（傳導電流）,molecularcurrentwillproducethemagneticfield。Forthemagneticmedium,theGauss’smagneticlawdoesnotchange;however,theAmpere’slawshouldbechangedintoanotherforminwhichthemolecularcurrent(orthepolarizingcurrent極化電流)isadded.Itisnotconvenient（方便）

tousetheaboveformulasincethepolarizingcurrentisunknown.BB2.Ampere’sLawinaMedium有介質時的安培環路定理Takethelongsolenoid(長直螺線管）asanexample:FromwehaveDependingonandconductioncurrent.TakingtheloopasshowninFigure,weapplyAmpere’slawtoit:UsingWehaveIntroducinganewquantitycalledthemagneticintensitywehavewhichisAmpere’slawforthemagneticintensity:Thelineintegralofaroundaclosedpathisequaltoonlysumoftheconductioncurrentsacrossanysurfacebounded(形成的…邊界）

bythepath.Note:

是傳導電流。一般性；

是一個輔助性（auxiliaryparameter)的物理量；與真空中的安培定理一樣，如磁場具有對稱性，可用磁介質中的安培定理求磁場的分佈：先求，再求；Forexample:Example:

如圖螺繞環，設單位長上有n

匝線圈，每匝電流為I，取半徑為r積分回路。rHere:由有§11-4Ferromagnetic鐵磁質1.PropertiesofFerromagneticmaterial鐵磁質的特徵(1)fieldintheferromagneticmaterialmaybehundredsoreventhousandsoftimesasgreatasthatofothermatter(

r>>1，產生特強附加磁場B);matter(3)hysteresis(磁滯現象，B變化落後於外磁場H);(2)isnotalinearfunctionof,inotherwords,thepermeabilityisnotaconstant(

r與磁化的過程有關，B與H非線性);(4)Thetemperatureeffectofferromagnetism:Curietemperature(居裏溫度，一定的鐵磁材料存在一特定的臨界溫度，稱為居裏點，當溫度在居裏點以上時，它們的磁導率和磁場強度H無關，這時鐵磁質轉化為順磁質).B-Hcurve:HBO

forferromagnetism（鐵磁質）;forparamagnetism（順磁質）;diamagnetism（抗磁質）;2.HysteresisLoop磁滯回線(1)起始磁化曲線通常把鐵磁質試樣做成環狀，外面繞上若干線圈電流計測量I，磁通計測量B，得到試樣的H～B曲線。HBOB～H(2)HysteresisLoop 磁滯回線及磁滯現象Theprocessofmagnetization;:dependingonnotonlyHbutonthemagnetichistoryofsample;磁滯回線HHBOB～HTheB-HcurvefordecreasingHdoesnotcoincidewith（重和）thatforincreasingH,whichiscalledhysteresis(滯後）；Remanence(剩磁）andCoerciveforce(矯頑力）磁滯回線H剩磁矯頑力３.Hard&softmaterials磁性材料a）軟磁材料b）硬磁材料c）矩磁鐵氧體材料不同鐵磁性物質的磁滯回線有很大差異。圖示三種鐵磁材料的磁滯回線。HBHBHB磁滯回線所包圍的面積越大，磁滯（熱）損耗越大，因此必須根據不同的用途選用不同的磁性材料。（試舉例說明）軟磁材料：矯頑力小，所須退磁電流小，適用於高頻 材料，如用做變壓器鐵芯，電聲材料等。硬磁材料：矯頑力大，不易退磁，剩磁大，適用於做 永磁材料矩磁鐵氧體材料：反向磁場一超過矯頑力磁化方向立即反轉——只有兩種磁化狀態，對應電流的開與關兩種狀態，適用於做電腦的記憶體元件的環形磁芯。４.MagneticDomains磁疇（鐵磁質的磁化機制）

對永久磁鐵的認識比其他磁現象的認識更早，但對其起因卻長期以來感到困惑不解；近代科學實踐證明：鐵磁質的磁性主要來自電子的自旋。

鐵磁質內部原子間的相互作用非常強烈,量子理論證明，在這種作用下,鐵磁質的內部形成了一些自發磁化的社區域－磁疇：磁疇在外磁場：（１）凡磁矩與外磁場方向相同或相近的磁疇