16物质的磁性.ppt

1、第十六章,物质的磁性,1、磁介质的磁化 磁导率,2、磁介质中的磁场、安培环路定律、磁场强度,3、铁磁质,基本内容:,第十六章,物质的磁性,一、三种磁介质,1 磁介质的磁化,1. 磁介质 任何实物都是磁介质,反映磁介质对原场的影响程度,r相对磁导率，,BB0，r1,BB0，r 1,顺磁质,抗磁质,铁磁质,r相对磁导率,（铝、氧、锰、铬等）,（铜、铋、氢、硫、铅等）,（铁、钴、镍等）,2. 磁介质的分类,增强原场,BB0，r 1,减弱原场,顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1。,通常不是常数,具有显著的增强原磁场的性质,强磁性物质,二、磁介质的磁化,顺磁质和抗磁质磁性的起因可用安培分子电流在磁

2、场中的取向来解释；铁磁质需用磁畴说明。,圆电流,分子（固有）磁矩,-分子中所有的电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和,在物质的分子中，每个电子都绕原子核作轨道运动，这样所具有的磁矩称为轨道磁矩；此外，电子本身还有自旋，这样会具有自旋磁矩。,可以用一个等效的圆电流 I 表示，这个圆电流称为分子电流。,1. 顺磁质的磁性,由于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同，整个磁介质对外不显磁性。,无外磁场作用时，顺磁质分子的固有磁矩不为零,分子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致,顺磁质磁化结果：使介质内部磁场增强，即,有外磁场时，分子磁矩要受到一个力矩的作用，使分子磁矩转向外磁场的方向，宏观上产生附加磁场,磁介质

3、的磁化,电子轨道半径不变,当外场方向与原子磁矩反方向时,当外场方向与原子磁矩方向相同时,2.抗磁质的磁性,无外磁场作用时，抗磁质分子中各电子的磁效应相互抵消，分子的固有磁矩为零，对外不显磁性。,在外磁场作用下，分子电流产生的附加磁矩方向和外磁场方向相反。附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。,抗磁质磁化结果：使介质内部的磁场削弱，即,顺磁质、抗磁质的磁化机制不同：,但磁介质在外磁场中，都会在其表面出现磁化电流，这种现象称为磁介质的磁化。,顺磁质：固有磁矩是顺磁质磁化的主要原因,抗磁质：附加磁矩是抗磁质磁化的原因,3. 磁介质的磁化现象,磁化电流或束缚电流Is,磁化电流或束缚电流Is,磁化电流,对

4、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，各分子电流相互叠加，在表面出现一层电流，称为磁化电流（或束缚电流）。,一、有磁介质时磁场的高斯定理,磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线,(有磁介质的磁场的高斯定理),对于任意闭合曲面S,2 有磁介质时磁场的基本性质,有磁介质的磁场仍是无源场！,真空中的安培环路定理,二、 有磁介质时磁场的安培环路定理,有磁介质磁场的磁感应强度为,仍是非保守场！,磁介质场中的安培环路定理,又,令,磁介质的 磁导率,磁介质内磁场强度沿任何闭合路径的线积分等于该回路所包围的所有传导电流的代数和。,磁场强度,（3）H 的环流与磁介质无关，也

5、与闭合环路外的传导电流无关，仅与闭合环路内的传导电流的代数和有关。,（2）H是闭合环路内、外的电流共同作用的结果，即H与所有传导电流和磁化电流有关。,（1）H 称为磁场强度，是一个辅助量，也反映磁场分布.,磁场的安培环路定理,（4）安培环路定理可用于求解某些对称性磁介质场的磁感应强度分布，注意： 先利用安培环路定理求出H 闭合环路的选取原则与真空磁场相同，H与B0方向一致 再利用B与H的关系求出B,讨论,例1 有两个半径分别为 和 的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流 时，试 求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的 大小;（2）圆柱体

6、外面一点 Q 的 磁感强度.,解 对称性分析,各向同性磁介质,同理可求,例2 求充满均匀顺磁介质的环形螺线管的磁感应强度。已知：r 、R1、R2、I、N。,解：,3 铁磁质的性质,一 铁磁质磁性的微观解释,磁畴：相邻原子中电子的自旋磁矩自发地平行排列，形成一个个小的自发磁化区,无外磁场：各磁畴磁化方向杂乱无章，磁矩相互抵消，整个铁磁质对外不显磁性,外加磁场：各磁畴磁矩的方向趋向外磁场方向，将产生很大的附加磁场，所以，总磁感应强度很大,-磁性很强,-表现出磁滞现象,-存在居里点,去除外磁场：分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态,T升高

7、，分子热运动加剧。TTc时，磁畴全部被破坏，铁磁质转为顺磁质,工作温度高于Tc时，铁磁质将丧失其铁磁性而转化为顺磁质,二 铁磁质的基本性质,（1）相对磁导率 r 1：一般可达102104，最高可达106,（3） 不再是常数，随H而变化，即B与H之间是非线性关系,（2）铁磁质有一临界温度Tc-居里点,H从0增大，B也增大；M点开始，随着H的增加，B急剧增加，因为磁畴在磁场作用下迅速沿外场方向排列;到N点，再增大H，B增加的就比较慢了；到P点后,再增加H时，B的增加十分缓慢，磁化已达饱和的程度。,Br: 剩余磁感应强度,Hc: 矫顽力(代表铁磁质抵抗去磁的能力),磁滞回线,三 磁滞回线,BS: 饱和磁感应强度,起始磁化曲线,（3）矩磁材料,特点：矫顽力小，磁滞回线窄 应用：硅钢片，作变压器的铁芯； 铁氧体（非金属），作高频线圈的磁芯材料,特点：剩余磁感应强度较大，矫顽力较大磁滞回线宽 应用：作永久磁铁，永磁喇叭,特点：磁滞回线接近矩形 应用：作计算机中的记忆元件,四 铁磁质的分类,（1）软磁材料,（2）硬磁材料,五 磁屏蔽,把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，引起了磁感应线的折射.,示波管、显像管中电子束聚焦部分，为了防止外界磁场的干扰，常在它们的外部加上用软磁材料做成的磁屏蔽罩。,一、磁场的性质,安培环