物質(zhì)中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)

1、第九章第九章 物質(zhì)中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)物質(zhì)中的穩(wěn)恒磁場(chǎng)9.1 9.1 磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響9.2 9.2 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化9.3 9.3 介質(zhì)中的安培環(huán)路定理介質(zhì)中的安培環(huán)路定理9.4 9.4 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)BBBo 介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)一、磁介質(zhì)的分類一、磁介質(zhì)的分類傳導(dǎo)電流產(chǎn)生傳導(dǎo)電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生0BBr111rrr在介質(zhì)均勻充滿在介質(zhì)均勻充滿磁場(chǎng)的情況下磁場(chǎng)的情況下9.1 磁介質(zhì)及其分類磁介質(zhì)及其分類介質(zhì)對(duì)場(chǎng)有影響介質(zhì)對(duì)場(chǎng)有影響 總場(chǎng)是總場(chǎng)是磁介質(zhì)：能夠影響磁場(chǎng)的物質(zhì)。磁介質(zhì)：能夠影響磁場(chǎng)的物質(zhì)

2、。9.2磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化 磁化電流磁化電流1. 分子電流分子電流 分子磁矩分子磁矩 磁偶極子磁偶極子每個(gè)分子等效一個(gè)圓電流每個(gè)分子等效一個(gè)圓電流m圓電流的磁矩圓電流的磁矩nISm電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩lm電子的自旋磁矩：電子的自旋磁矩：BmBlmmm00順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)磁疇磁疇鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)線度為線度為10104 4m m分子磁矩是分子中所有電子的軌道磁矩和自分子磁矩是分子中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩與所有核磁矩的矢量和旋磁矩與所有核磁矩的矢量和。1)順磁性順磁性( (只有順磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)才具有順磁性只有順磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)才具有順磁性) )2.磁化的微觀解釋磁化的微觀解

3、釋 V V無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)B00BBB無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)順順 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化分子圓電流和磁矩分子圓電流和磁矩mI0B有外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)sI順磁質(zhì)順磁質(zhì):由于分子磁矩的取向一致，考慮由于分子磁矩的取向一致，考慮到它們相對(duì)應(yīng)的分子電流到它們相對(duì)應(yīng)的分子電流 ，如圖，長(zhǎng)直螺線管內(nèi)部充滿均勻的各向同如圖，長(zhǎng)直螺線管內(nèi)部充滿均勻的各向同性介質(zhì)，將被均勻磁化。性介質(zhì)，將被均勻磁化。0B均勻磁場(chǎng)均勻磁場(chǎng)螺線管截面螺線管截面mI磁化電流磁化電流束縛電流（磁化電流）束縛電流（磁化電流）傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流 自由電流自由電流順磁質(zhì)中的磁化電流產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)順磁質(zhì)中的磁化電流產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)的方

4、向與外磁場(chǎng)方向相同起到的方向與外磁場(chǎng)方向相同起到增強(qiáng)增強(qiáng)磁磁場(chǎng)的作用場(chǎng)的作用mlpLBBpMml電子附加一個(gè)與磁感電子附加一個(gè)與磁感強(qiáng)度相反的磁矩強(qiáng)度相反的磁矩mpmp2)抗磁性抗磁性( (所有介質(zhì)均具有抗磁性所有介質(zhì)均具有抗磁性) )可證明，在外磁場(chǎng)的作用下，分子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和外可證明，在外磁場(chǎng)的作用下，分子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和外磁場(chǎng)相反的感生磁矩。磁場(chǎng)相反的感生磁矩。感生磁矩比固有磁矩小得多感生磁矩比固有磁矩小得多抗磁質(zhì)放到外磁場(chǎng)中，其分子產(chǎn)生感生磁矩，束縛抗磁質(zhì)放到外磁場(chǎng)中，其分子產(chǎn)生感生磁矩，束縛電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)相反電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和外磁場(chǎng)相反三三.磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度VmMii V(宏觀小微觀

5、大宏觀小微觀大)內(nèi)內(nèi)1.磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度單位：?jiǎn)挝唬篈/m一般實(shí)驗(yàn)條件下一般實(shí)驗(yàn)條件下,各向同性的磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度與各向同性的磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)成正比外磁場(chǎng)成正比BMrr01 推導(dǎo)：推導(dǎo)：Lld i分分磁介質(zhì)磁介質(zhì)ldS分分M放大放大L所包住的磁化電流所包住的磁化電流)cos( lSinIdd分分coslM dlMdLlMId 則套住則套住 dl 的分子電流：的分子電流：設(shè)分子濃度為設(shè)分子濃度為 n，介質(zhì)表面磁化電流密度：介質(zhì)表面磁化電流密度：tMld選選lMIdd磁化面電流密度磁化面電流密度tSMlIjddnMjnMtMldSI dlMtd三、磁化強(qiáng)度三、磁化強(qiáng)度 1.磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度

6、0limiVmMV2.磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系磁化強(qiáng)度與磁化電流的關(guān)系LlMInMjd極化強(qiáng)度極化強(qiáng)度0limiiVpPVSsPqdnP 對(duì)比電介質(zhì)對(duì)比電介質(zhì)一、有介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理一、有介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理SLSBIlB）（）（內(nèi)2 01 0dd真空真空考慮到磁化電流（考慮到磁化電流（1）式則需加以修正）式則需加以修正9.39.3有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理設(shè)：設(shè)：I0 傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流I 磁化電流磁化電流)(00內(nèi)內(nèi)IIlBLdlMILd000內(nèi)磁磁介介質(zhì)質(zhì)I 內(nèi)00)(IlMBLdMBH0定義定義I0L得：得：LIlH內(nèi)0dH 的單位：的單位： A/m （ SI ）；）；MBH

7、0磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度內(nèi)00)(IlMBLd的環(huán)路定理的環(huán)路定理H內(nèi)IlBL0 d真真空空考慮到磁化電流上式修正為考慮到磁化電流上式修正為iiLIl dH傳導(dǎo)沿任一閉合路徑沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。有介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理有介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理BMH二二. . 三者的關(guān)系三者的關(guān)系HBMo普遍普遍BMrr01BHor 各向同性各向同性磁介質(zhì)磁介質(zhì)代入代入HB真空：真空：00 BHM ，例例1 一充滿均勻磁介質(zhì)的密繞細(xì)螺繞環(huán)，一充滿均勻磁介質(zhì)的密繞細(xì)螺繞環(huán)， 密/安特43105210安匝/米In求：磁介質(zhì)內(nèi)的求：磁

8、介質(zhì)內(nèi)的, BH解：解：取回路如圖，設(shè)總匝數(shù)為取回路如圖，設(shè)總匝數(shù)為NrHlHL2dNInIrNIH2R1R2OrrRR21細(xì)螺繞環(huán)細(xì)螺繞環(huán)nIHB00rrnIB cbadB例例2：長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充滿均勻：長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)磁介質(zhì)( )，設(shè)勵(lì)磁電流，設(shè)勵(lì)磁電流 ，單，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為 。求管內(nèi)的。求管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度。r0I解解：因管外磁場(chǎng)為零，取如圖因管外磁場(chǎng)為零，取如圖所示安培回路所示安培回路LLIl dH0nlIlH 0nIH 000nIHBrrnlIBr0rBrIH2例例3：長(zhǎng)直單芯電纜的芯是一根半徑為：長(zhǎng)直單芯電纜的芯是一根半徑為R 的金屬導(dǎo)體，它與

9、外壁之間充滿均勻磁的金屬導(dǎo)體，它與外壁之間充滿均勻磁介質(zhì)，電流從芯流過(guò)再沿外壁流回。求介質(zhì)，電流從芯流過(guò)再沿外壁流回。求介質(zhì)中磁場(chǎng)分布。介質(zhì)中磁場(chǎng)分布。LLIl dHrrIHBrr200方向沿圓的切線方向方向沿圓的切線方向BRIIr一、一、 鐵磁質(zhì)的宏觀性質(zhì)鐵磁質(zhì)的宏觀性質(zhì)1. r 1 可使原場(chǎng)大幅度增加可使原場(chǎng)大幅度增加2. r與磁化歷史有關(guān)與磁化歷史有關(guān) B-H 非線性非線性裝置裝置HH rB)(TBr起始磁化曲線起始磁化曲線9.4 9.4 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)磁飽和狀態(tài)磁飽和狀態(tài)3. 磁滯現(xiàn)象磁滯現(xiàn)象rB- 剩磁剩磁cH- 矯頑力矯頑力BBr-BrHc-HcHabcdef磁滯回線磁滯回線鐵磁質(zhì)的

10、磁化狀態(tài)鐵磁質(zhì)的磁化狀態(tài)并不能由勵(lì)磁電流并不能由勵(lì)磁電流或或H單值的確定，單值的確定，它還取決于該鐵磁它還取決于該鐵磁質(zhì)此前的磁化歷史質(zhì)此前的磁化歷史4. 居里溫度居里溫度順磁質(zhì)順磁質(zhì) 居里點(diǎn)居里點(diǎn)鐵鐵 767 0C鎳鎳 357 0C磁滯損耗磁滯損耗 在交變電磁場(chǎng)中在交變電磁場(chǎng)中 鐵磁質(zhì)的反復(fù)磁化鐵磁質(zhì)的反復(fù)磁化將引起介質(zhì)的發(fā)熱將引起介質(zhì)的發(fā)熱 稱為磁滯損耗稱為磁滯損耗 實(shí)驗(yàn)和理論都可以證明實(shí)驗(yàn)和理論都可以證明 磁滯損耗和磁磁滯損耗和磁質(zhì)回線所包圍的面積成正比質(zhì)回線所包圍的面積成正比 BH 應(yīng)用：硅鋼片應(yīng)用：硅鋼片 作變壓器、電機(jī)、電磁作變壓器、電機(jī)、電磁鐵的鐵芯鐵的鐵芯 鐵氧鐵氧體（非金屬）作體（非金屬）作高頻線圈的磁芯高頻線圈的磁芯材料材料磁性材料：磁性材料：軟磁材料軟磁材料BH 特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大 矯頑力小矯頑力小 容易磁化容易磁化也容易退磁也容易退磁 磁滯回線包圍面積小磁滯回線包圍面積小 磁滯損磁滯損耗小耗小 特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大 矯頑力大矯頑力大 不不容易磁化容易磁化 也不容易退磁也不容易退磁 磁滯回線寬磁滯回線寬 磁磁滯損耗大滯損耗大硬磁材料硬磁材料應(yīng)用：作永久磁鐵應(yīng)用：作永久磁鐵 永磁喇叭永磁喇叭BH磁致伸縮磁致伸縮方方向向改改變變變變磁磁疇疇MB晶晶格格間間距距改改變變