磁场中的磁介质

1、15.5磁场中的磁介质,一 三类磁介质,1. 磁介质 任何实物都是磁介质,电介质放入外场,磁介质放入外场,反映磁介质对原场的影响程度,2. 磁介质的分类,顺磁质,抗磁质,减弱原场,增强原场,如 锌、铜、水银、铅等,如 锰、铬、铂、氧等,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。,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,如铁、钴、镍等,实物的基本组成单元：分子、原子、电子,+,-,电子运动：,绕核运动,电流环,轨道磁矩,自旋运动,自旋磁矩,两种运动磁效应的总和,分子 圆电流,3. 分子磁矩, 0,= 0,顺磁质,抗磁质,无外场作用时，对外不显磁性,无外场作用时

2、，由于热运动，对外也不显磁性,分子的固有磁矩,以长直螺线管内部充满各向同性均匀介质为例， 当螺线管通电时介质将被磁化。,二 磁介质的磁化,在外磁场 中：顺磁质分子磁矩转向外磁场方向， 在介质表面形成磁化电流（束缚电流），如图（a）,抗磁质分子在磁场中产生与 反向的感生磁矩，在 介质表面有等效的反向磁化电流，如图（b）,右视图,三 磁介质中的安培环路定理,安培环路定理,Ii 为环路所包围的传导电流 Is 环路所包围的磁化电流， Is难以测量,各向同性线性磁介质, 磁导率,令,则有,得,对比各向同性线性电介质,例1 一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，,求：磁介质内的,解：,取回路如图，设总匝数为N,

3、因此，其磁介质是铁磁质,四、铁磁质,1. 主要特征, 能产生非常大的附加磁场B，甚至千倍于外磁场B0， 而且同方向。, B与H不是线性关系，是一复杂函数关系。即相对磁导率r 可以很大但不是常量，r是磁场强度H的函数。, 存在磁滞现象，即B的变化落后于H的变化， 当H=0时,有剩磁现象, 存在居里点 各种不同铁磁质各有一临界温度Tc,当T Tc时，失去铁磁性， 成为一般顺磁质。Tc称为铁磁质的居里点。如铁的居里点为 1040K，镍的居里点是631K等等。,2. 磁化曲线 磁滞回线,装置：环形螺绕环，用铁磁质 充满环内空间。,实验再测出B：,(1) 铁磁质的 或r 不是常数，它是H 的函数。,原理

4、：根据安培定理可得：,结果,在螺绕环磁隙处测量,算出H值,B的变化落后于H，从而具有剩磁磁滞效应,每个H 对应多个不同的B，与磁化的历史有关。,1) 起始磁化曲线,2) 剩磁Br,饱和磁感应强度BS,3) 矫顽力Hc,(2) 磁滞回线,(3) 实验还表明： 在交变电流的励磁下反复磁化使磁铁温度升高 磁滞损耗,磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。,为什么会出现这些现象？, 磁畴：原子间电子交换耦合作用 很强，使其自旋磁矩平行排列 形成磁畴 自发的磁化区域。,铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。,3. 铁磁质磁化的机制, 磁畴的变化可用金相显微镜观测,H =0,H,B,无,有, 整个铁磁质的总磁矩为

5、零,磁化方向转向,使磁场大大增强,磁畴的磁化方向,2 磁滞 现象是由于材料有杂质和内应力等的作用， 当撤掉外磁场 H 时，磁畴的畴壁很难恢复到原来的 形状,使得B0。,3 当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则 排列。在临界温度（相变温度Tc ）时，铁磁质完 全变成了顺磁质。居里点 Tc (Curie Point),1 当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就 达到饱和状态。饱和磁化强度MS等于每个磁畴中 原来的磁化强度，该值很大。 这就是铁磁质磁性 r大的原因。,说明：,如：铁为 1040K，钴为 1390K， 镍为 630K, 铁磁材料的应用,HC 较小、,HC较大,易磁化，易退磁,

6、不易磁化，不易退磁,可作变压器、电机、电磁铁的铁芯,软磁材料：,硬磁材料：,铁磁材料分软磁材料和硬磁材料,他们的共同特点： r 大,损耗小(面积窄而长)、,损耗大(面积宽而大)、,适用于做永久磁铁 （耳机中的永久磁铁，永磁扬声器）,回答P129, 4,复习：,磁矩：,1 磁力矩：,2 安培环路定理,3 三种磁介质, 均匀磁场中的平面载流线圈只有转动无平动, 解题步骤：,（3） 根据安培环路定理列方程求解,（1 ） 对称性分析,（2 ） 选取积分回路L,顺磁质,抗磁质,铁磁质,四、铁磁质,主要特征, r 大， 能产生非常大的附加磁场B, r 不是常数 B与H不是线性关系, 存在磁滞现象, 存在居

7、里点,铁磁质具有这些特性， 其主要原因是铁磁质存在磁畴,1 毕萨定律：,稳恒磁场小 结：,2 安培力：,磁矩：,3 洛伦兹力：,霍尔效应：,4 磁力矩：,6 高斯定理,5 环路定理,7 三种磁介质,一 掌握描述磁场的物理量磁感强度的概念，理解它是矢量点函数.,二 理解毕奥萨伐尔定律，能利用它计算一些简单问题中的磁感强度.,三 掌握稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理.用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法.,四 理解洛伦兹力和安培力的公式 ，能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动. 了解磁矩的概念. 能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场中或在无限长载流直导体产生的非均匀磁场中所受的力和力矩.,教学基本要求,理解磁介质的磁化现象及其微观解释, 了解磁场强度的概念以及在各向同性介质中H 和B的关系, 了解磁介质中的安培环路定理, 理解铁磁质的特性.,例3 截面积为S、密度为的铜导线被弯成正方形的三边，可以绕水平轴OO转动，如图所示。导线放在方向竖直向上的匀强磁