大學(xué)物理磁介質(zhì)中的恒定磁場課件

1、第12章 磁介質(zhì)中的恒定磁場12.1 磁介質(zhì)及其磁化12.2 磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理12.3 鐵磁質(zhì)內(nèi)容提要8/20/202212.1 磁介質(zhì)及其磁化 12.1.1 磁介質(zhì)及其分類1. 磁介質(zhì) 任何實(shí)物都是磁介質(zhì)電介質(zhì)放入外場磁介質(zhì)放入外場 相對磁導(dǎo)率 反映磁介質(zhì)對原磁場的影響程度 如：真空螺線管的磁場：則，介質(zhì)螺線管的磁場：令磁導(dǎo)率 8/20/20222. 磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場增強(qiáng)原場如 鋅、銅、水銀、鉛等如 錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導(dǎo)率都非常接近于1.鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)具有顯著的增強(qiáng)原磁場的性質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)超導(dǎo)材料r = 0 B=0 完全抗磁性8

2、/20/202212.1.2 分子磁矩和分子附加磁矩 原子中電子的軌道磁矩電子的自旋磁矩電子自旋磁矩與軌道磁矩有相同的數(shù)量級1. 分子磁矩 所有電子磁矩的總和抗磁質(zhì)無外場作用時,對外也不顯磁性順磁質(zhì)無外場作用時,由于熱運(yùn)動,對外不顯磁性8/20/20222. 分子附加磁矩電子軌道半徑不變當(dāng)外場方向與分子磁矩方向相反時當(dāng)外場方向與分子磁矩方向相同時 在外場作用下，電子產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)動，從而形成附加磁矩 ，附加磁矩總是與外場方向 相反，即產(chǎn)生一個與外場反向的附加磁場 .結(jié)論8/20/202212.1.3 順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化將順磁質(zhì)放入外場 分子環(huán)流在外場作用下，產(chǎn)生取向轉(zhuǎn)動， 磁矩將轉(zhuǎn)向外場方向

3、宏觀上產(chǎn)生附加磁場 .1. 順磁質(zhì)磁化 在外場作用下，分子磁矩要轉(zhuǎn)向，同時每個分子中的所有電子也都產(chǎn)生附加磁矩 則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場:與外場方向相同8/20/20222. 抗磁質(zhì)磁化 在外場作用下，每個分子中的所有電子都產(chǎn)生附加磁矩 則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場:與外場方向相反12.1.4 磁化強(qiáng)度矢量與磁化電流反映磁化程度強(qiáng)弱的物理量.定義：磁化強(qiáng)度為單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和. 單位：安培米-11. 磁化強(qiáng)度8/20/20222. 磁化電流 以無限長螺線管為例順磁質(zhì)在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：相鄰的分子環(huán)流的方向相反在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)：分子環(huán)流未被抵消形成沿表面流動的面電流磁化電流(1) 介質(zhì)中磁場

4、由傳導(dǎo)電流和磁化電流共同產(chǎn)生.說明(2) 磁化電流是分子內(nèi)電荷運(yùn)動一段段接合而成, 不同于傳導(dǎo) 電流的電荷定向運(yùn)動, 又稱束縛電流, 其磁效應(yīng)與傳導(dǎo)電 流相當(dāng), 但不產(chǎn)生熱效應(yīng).8/20/2022可證明:8/20/202212.2 磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理12.2.1 磁介質(zhì)中的高斯定理 磁介質(zhì)存在時，磁感應(yīng)線仍是一系列無頭無尾的閉合曲線.磁介質(zhì)中的高斯定理 對于任意閉合曲面S8/20/202212.2.2 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理順磁質(zhì)用磁化強(qiáng)度描述磁化電流項定義磁場強(qiáng)度磁介質(zhì)的安培環(huán)路定理 磁介質(zhì)內(nèi)磁場強(qiáng)度H沿任一閉合回路的環(huán)流, 等于閉合回路所包圍并穿過的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和.表明：8

5、/20/2022討論對于各向同性磁介質(zhì)，在外磁場不太強(qiáng)的情況下：由介質(zhì)相對磁導(dǎo)率介質(zhì)磁導(dǎo)率在真空中： 介質(zhì)的磁化率8/20/2022一無限長載流直導(dǎo)線，其外包圍一層磁介質(zhì)，相對磁導(dǎo)率例：求：解：根據(jù)磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度.8/20/202212.3 鐵磁質(zhì)12.3.1 鐵磁質(zhì)的特點(diǎn)1. 相對磁導(dǎo)率r 1：一般可達(dá)102104, 最高可達(dá)106.2. 非線性： B和H呈非線性關(guān)系, 單值關(guān)系, 非恒量.3. 磁滯現(xiàn)象：B的變化落后于H的變化. 4. 存在居里點(diǎn)：臨界溫度時, 失去鐵磁性成為順磁質(zhì). 鐵：Tc=1040K 鎳：Tc=631K8/20/202212.3.

6、2 鐵磁質(zhì)的起始磁化曲線 磁滯回線實(shí)驗：鐵磁質(zhì)芯的螺線管，通以電流 I.改變 I，測量 H 值和 B 值，畫出BH曲線.Oa：起始磁化曲線Hs：飽和磁場強(qiáng)度Br：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Hc：矯頑力 磁滯現(xiàn)象：磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化跟不上磁場強(qiáng)度H的變化.磁滯損耗： 材料熱效應(yīng)大小與磁滯回線面積成正比.-HsHsOabcdefHB8/20/2022鐵磁材料按磁滯回線分類BHOBHO軟磁材料 磁滯損耗小,容易磁化,容易退磁,適用于交變磁場. 如制造電機(jī),變壓器等的鐵芯 硬磁材料 磁滯損耗較大,不易磁化,不易退磁,適合于制造永磁體BHO矩磁材料 適合于制作記錄磁帶及計算機(jī)的記憶元件 8/20/202212.3.3 磁疇B磁疇體積： 10-12 10-8m3包含原子： 1017 1021個 鐵磁質(zhì)相鄰原子間存在很強(qiáng)的交換耦合作用, 使得無外場時電子自旋磁矩在微小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列, 形成一個個小的自發(fā)磁化區(qū), 稱為磁疇.8/2