大學物理第12章磁場中磁介質課件

1RIRIRIRI磁介質錳、鉻、氮氣----銀、銅、氫….鐵、鈷、鎳及其合金充有磁介質，有三種情況1）2）3）此種磁介質稱為順磁質此種磁介質稱為抗磁質此種磁介質稱為鐵磁質1R2（1）順磁質（3）鐵磁質（2）抗磁質根據(jù)的大小和方向可將磁介質分為四大類附加磁場二、分子電流與分子磁矩分子磁矩軌道磁矩自旋磁矩——電子繞核的軌道運動——電子本身自旋等效于圓電流——分子電流(4)超導體B=02（1）順磁質（3）鐵磁質（2）抗磁質根據(jù)的大小3軌道角動量與磁矩的關系：電子磁矩受到力矩角動量定理繞磁場進動附加一磁矩與外場反向。3軌道角動量與磁矩的關系：電子磁矩受到力矩角動量定理繞磁場進41、順磁質分子的固有磁矩不為零無外磁場作用時，由于分子的熱運動，分子磁矩取向各不相同,整個介質不顯磁性。三、磁介質的順磁性與抗磁性41、順磁質分子的固有磁矩不為零無外磁場作用時，由于分子的熱5有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子磁矩轉向外磁場的方向。分子磁矩產生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質磁化結果，使介質內部磁場增強。5有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分6指出一點：附加磁矩與相比要小得多，相差兩個數(shù)量級。因此磁介質中的磁場是加強了。（順磁質）6指出一點：附加磁矩與相比要小72、抗磁質分子的固有磁矩為零在外磁場中，抗磁質分子會產生附加磁矩電子繞核的軌道運動電子本身自旋外磁場場作用下產生附加磁矩電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用?？勾判允且磺写沤橘|共同具有的特性?？偱c外磁場方向反向72、抗磁質分子的固有磁矩為零在外磁場中，抗磁質分子會產生附83.介質磁化的過程如下：在外場中在外場中順磁質抗磁質83.介質磁化的過程如下：在外場中在外場中順磁質抗磁質9定義:磁化強度四、磁化強度與磁化電流Is——磁化電流s——沿軸線單位長度上的磁化電流（磁化面電流密度）磁化強度M在量值上等于磁化面電流密度。9定義:磁化強度四、磁化強度與磁化電流Is——磁化電流s—10式中：為磁化強度為介質表面外法線的單位矢。abcd取如圖所示的積分環(huán)路abcda:磁化強度對閉合回路L的線積分，等于穿過以L為周界的任意曲面的磁化電流的代數(shù)和。10式中：為磁化強度為介質表面外法線的單位矢。abcd取如圖11S一、磁介質中的高斯定理通過磁場中任一閉合曲面的總磁通量為零磁介質中的高斯定理12-2介質中的磁場

磁場強度11S一、磁介質中的高斯定理通過磁場中任一閉合曲面的總磁通量12二、磁介質中的安培環(huán)路定理定義磁場強度在穩(wěn)恒磁場中，磁場強度矢量沿任一閉合路徑的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內各傳導電流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關。單位：安培/米(A/m)12二、磁介質中的安培環(huán)路定理定義磁場強度在穩(wěn)13幾點說明：1）是一輔助物理量，描述磁場的基本物理量仍然是（名稱張冠李戴了）2）的單位是A/m（SI制）3）是一普遍關系式，可以寫成：13幾點說明：1）是一輔助物理量，描述磁場的基本物理14三各向同性的磁介質介質的磁導率令：稱為相對磁導率14三各向同性的磁介質介質的磁導率令：稱為相對磁導率15電介質中的高斯定理磁介質中的安培環(huán)路定理15電介質中的磁介質中的16稱為相對電容率或相對介電常量之間的關系之間的關系稱為相對磁導率磁導率16稱為相對電容率之間的關系之間的關系稱為相對磁導率磁17例1一環(huán)形螺線管，管內充滿磁導率為μ，相對磁導率為μr的順磁質。環(huán)的橫截面半徑遠小于環(huán)的半徑。單位長度上的導線匝數(shù)為n。

求：環(huán)內的磁場強度和磁感應強度解：17例1一環(huán)形螺線管，管內充滿磁導率為μ，相對磁導率18例2一無限長載流圓柱體，通有電流I，設電流

I

均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導率為μ，柱外為真空。求：柱內外各區(qū)域的磁場強度和磁感應強度。解：IR18例2一無限長載流圓柱體，通有電流I，設電流I均19在分界面上H

連續(xù),B不連續(xù)IR19在分界面上H連續(xù),B不連續(xù)IR20練習一磁導率為1的無限長圓柱形直導線，半徑為R1，其中均勻地通有電流I。在導線外包一層磁導率為2

的圓柱形不導電的磁介質，其外半徑為

R2，如圖所示。求磁場強度和磁感應強度的分布。21IR2R120練習一磁導率為1的無限長圓柱形直導線，半徑為R21解：由安培環(huán)路定律21IR2R121解：由安培環(huán)路定律21IR2R122無限長直電流的磁場圓電流中心的磁場長螺線管電流中部的磁場環(huán)形長螺線管中部的磁場無限大均勻磁介質中磁場的畢-沙伐定律22無限長直電流的磁場圓電流中心的磁場長螺線管電流中部的磁場23靜電場與靜磁場的比較靜電場靜磁場（穩(wěn)恒磁場）對應量高斯定理環(huán)路定理性質方程23靜電場與靜磁場的比較靜電場靜磁場（穩(wěn)恒磁場）對應量高斯定24測量磁滯回線的實驗裝置05101520磁強計A測量H測量B

的探頭（霍爾元件）電阻電流表螺繞環(huán)鐵環(huán)狹縫換向開關12-3鐵磁質鐵磁質的磁化規(guī)律24測量磁滯回線的實驗裝置05101520磁強計A測量H測量251、磁化曲線磁強計測量B,如用感應電動勢測量或用小線圈在縫口處測量；由得出曲線鐵磁質的不一定是個常數(shù)，它是的函數(shù)原理:勵磁電流I;

用安培定理得H05101520磁強計A251、磁化曲線磁強計測量B,如用感應電動勢測量由26鐵磁質的磁化規(guī)律BHo.1..2.ca.初始磁化曲線飽和磁感應強度BssBsBsH.rBbrB剩余磁感應強度.ccHcH矯頑力.dsBcH..rBe磁滯回線磁滯現(xiàn)象：B滯后于

H

的變化2、磁滯回線26鐵磁質的磁化規(guī)律BHo.1..2.ca.初始磁化曲線飽和27初始磁化曲線.......矯頑力飽和磁感應強度磁滯回線剩磁27初始磁.......矯頑力飽和磁感應強度磁滯回線剩磁28（1）根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質相鄰原子的電子之間存在很強的“交換耦合作用”，使得在無外磁場作用時，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。這些區(qū)域稱為“磁疇”多晶磁疇結構示意圖二、鐵磁質內的磁疇結構28（1）根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質相鄰原子的電子之間29（2）在外磁場作用下，磁疇發(fā)生變化。分兩步：A外磁場較弱時，凡磁矩方向與外磁場相同或相近的磁疇都要擴大（疇壁向外移動）。B外磁場較強時，每個磁疇的磁矩方向都程度不同地向外磁場方向靠攏（即取向）。外磁場越強，取向作用也越強。此上兩種變化都導致單位物理小體積內磁矩矢量和(即磁化強度M)從零逐漸增大，其方向與外場相同。外磁場越強，M也越強，這便是起始磁化曲線的成因。29（2）在外磁場作用下，磁疇發(fā)生變化。分兩步：A外磁場較30當再加外磁場時，M不再增加，磁化達到飽和。（3）疇壁的外移及磁疇磁矩的取向是不可逆的，當外磁場減弱或消失時磁疇不按原來變化規(guī)律逆著退回原狀。這解釋了磁滯的原因。（4）既然磁疇起因于電子自旋磁矩的自發(fā)有序排列，而熱運動是有序排列的破壞者，因而當溫度高于某一臨界時，磁疇就不復存在，鐵磁質就變?yōu)槠胀槾刨|。這一臨界溫度叫居里點。30當再加外磁場時，M不再增加，磁化達到飽和。（3）疇壁31把一塊有剩磁的鐵磁質加熱至居里點以上再冷卻，其剩磁會完全消失。順磁性

來自分子的固有磁矩?？勾判?/p>

起因于電子的軌道運動在外磁場作用的變化。鐵磁性

起因于電子自旋磁矩的自發(fā)有序排列。例如，鐵的居里點是1043K。三種磁介質起因的比較31把一塊有剩磁的鐵磁質加熱至居里點以上再冷卻，其剩磁會完全32顯示磁疇結構的鐵粉圖形32顯示磁疇結構的鐵粉圖形33純鐵硅鐵鈷三種鐵磁性物質的磁疇33純鐵硅鐵鈷三種鐵磁性物質的磁疇34Si-Fe單晶(001)面的磁疇結構箭頭表示磁化方向34Si-Fe單晶箭頭表示353.有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。鐵磁質的特性2.有很大的磁導率。放入線圈中時可以使磁場增強102~

104倍。4.溫度超過居里點時，鐵磁質轉變?yōu)轫槾刨|。1.磁導率μ不是一個常量，它的值不僅決定于原線圈中的電流，還決定于鐵磁質樣品磁化的歷史。

B和H

不是線性關系。353.有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。鐵磁質的特性2.有很大36三鐵磁質的應用軟磁材料作變壓器。純鐵，硅鋼坡莫合金(Fe，Ni)，鐵氧體等。r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感應強度大，矯頑力(Hc)小，磁滯回線的面積窄而長，損耗小（HdB面積?。?。還用于繼電器、電機、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。(1)軟磁材料36三鐵磁質的應用軟磁材料作變壓器。r大，易磁化、易37(2)硬磁材料——作永久磁鐵鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金(3)矩磁材料——作存儲元件Br=BS

，Hc不大，磁滯回線是矩形。用于記憶元件，當+脈沖產生H>HC使磁芯呈+B態(tài)，則–脈沖產生H<–

HC使磁芯呈–B態(tài)，可做為二進制的兩個態(tài)。矯頑力(Hc)大（>102A/m)，剩磁Br大磁滯回線的面積大，損耗大。還用于磁電式電表中的永磁鐵。耳機中的永久磁鐵，永磁揚聲器。錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體37(2)硬磁材料——作永久磁鐵鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金(3)38RIRIRIRI磁介質錳、鉻、氮氣----銀、銅、氫….鐵、鈷、鎳及其合金充有磁介質，有三種情況1）2）3）此種磁介質稱為順磁質此種磁介質稱為抗磁質此種磁介質稱為鐵磁質1R39（1）順磁質（3）鐵磁質（2）抗磁質根據(jù)的大小和方向可將磁介質分為四大類附加磁場二、分子電流與分子磁矩分子磁矩軌道磁矩自旋磁矩——電子繞核的軌道運動——電子本身自旋等效于圓電流——分子電流(4)超導體B=02（1）順磁質（3）鐵磁質（2）抗磁質根據(jù)的大小40軌道角動量與磁矩的關系：電子磁矩受到力矩角動量定理繞磁場進動附加一磁矩與外場反向。3軌道角動量與磁矩的關系：電子磁矩受到力矩角動量定理繞磁場進411、順磁質分子的固有磁矩不為零無外磁場作用時，由于分子的熱運動，分子磁矩取向各不相同,整個介質不顯磁性。三、磁介質的順磁性與抗磁性41、順磁質分子的固有磁矩不為零無外磁場作用時，由于分子的熱42有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子磁矩轉向外磁場的方向。分子磁矩產生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質磁化結果，使介質內部磁場增強。5有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分43指出一點：附加磁矩與相比要小得多，相差兩個數(shù)量級。因此磁介質中的磁場是加強了。（順磁質）6指出一點：附加磁矩與相比要小442、抗磁質分子的固有磁矩為零在外磁場中，抗磁質分子會產生附加磁矩電子繞核的軌道運動電子本身自旋外磁場場作用下產生附加磁矩電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用?？勾判允且磺写沤橘|共同具有的特性。總與外磁場方向反向72、抗磁質分子的固有磁矩為零在外磁場中，抗磁質分子會產生附453.介質磁化的過程如下：在外場中在外場中順磁質抗磁質83.介質磁化的過程如下：在外場中在外場中順磁質抗磁質46定義:磁化強度四、磁化強度與磁化電流Is——磁化電流s——沿軸線單位長度上的磁化電流（磁化面電流密度）磁化強度M在量值上等于磁化面電流密度。9定義:磁化強度四、磁化強度與磁化電流Is——磁化電流s—47式中：為磁化強度為介質表面外法線的單位矢。abcd取如圖所示的積分環(huán)路abcda:磁化強度對閉合回路L的線積分，等于穿過以L為周界的任意曲面的磁化電流的代數(shù)和。10式中：為磁化強度為介質表面外法線的單位矢。abcd取如圖48S一、磁介質中的高斯定理通過磁場中任一閉合曲面的總磁通量為零磁介質中的高斯定理12-2介質中的磁場

磁場強度11S一、磁介質中的高斯定理通過磁場中任一閉合曲面的總磁通量49二、磁介質中的安培環(huán)路定理定義磁場強度在穩(wěn)恒磁場中，磁場強度矢量沿任一閉合路徑的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內各傳導電流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關。單位：安培/米(A/m)12二、磁介質中的安培環(huán)路定理定義磁場強度在穩(wěn)50幾點說明：1）是一輔助物理量，描述磁場的基本物理量仍然是（名稱張冠李戴了）2）的單位是A/m（SI制）3）是一普遍關系式，可以寫成：13幾點說明：1）是一輔助物理量，描述磁場的基本物理51三各向同性的磁介質介質的磁導率令：稱為相對磁導率14三各向同性的磁介質介質的磁導率令：稱為相對磁導率52電介質中的高斯定理磁介質中的安培環(huán)路定理15電介質中的磁介質中的53稱為相對電容率或相對介電常量之間的關系之間的關系稱為相對磁導率磁導率16稱為相對電容率之間的關系之間的關系稱為相對磁導率磁54例1一環(huán)形螺線管，管內充滿磁導率為μ，相對磁導率為μr的順磁質。環(huán)的橫截面半徑遠小于環(huán)的半徑。單位長度上的導線匝數(shù)為n。

求：環(huán)內的磁場強度和磁感應強度解：17例1一環(huán)形螺線管，管內充滿磁導率為μ，相對磁導率55例2一無限長載流圓柱體，通有電流I，設電流

I

均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導率為μ，柱外為真空。求：柱內外各區(qū)域的磁場強度和磁感應強度。解：IR18例2一無限長載流圓柱體，通有電流I，設電流I均56在分界面上H

連續(xù),B不連續(xù)IR19在分界面上H連續(xù),B不連續(xù)IR57練習一磁導率為1的無限長圓柱形直導線，半徑為R1，其中均勻地通有電流I。在導線外包一層磁導率為2

的圓柱形不導電的磁介質，其外半徑為

R2，如圖所示。求磁場強度和磁感應強度的分布。21IR2R120練習一磁導率為1的無限長圓柱形直導線，半徑為R58解：由安培環(huán)路定律21IR2R121解：由安培環(huán)路定律21IR2R159無限長直電流的磁場圓電流中心的磁場長螺線管電流中部的磁場環(huán)形長螺線管中部的磁場無限大均勻磁介質中磁場的畢-沙伐定律22無限長直電流的磁場圓電流中心的磁場長螺線管電流中部的磁場60靜電場與靜磁場的比較靜電場靜磁場（穩(wěn)恒磁場）對應量高斯定理環(huán)路定理性質方程23靜電場與靜磁場的比較靜電場靜磁場（穩(wěn)恒磁場）對應量高斯定61測量磁滯回線的實驗裝置05101520磁強計A測量H測量B

的探頭（霍爾元件）電阻電流表螺繞環(huán)鐵環(huán)狹縫換向開關12-3鐵磁質鐵磁質的磁化規(guī)律24測量磁滯回線的實驗裝置05101520磁強計A測量H測量621、磁化曲線磁強計測量B,如用感應電動勢測量或用小線圈在縫口處測量；由得出曲線鐵磁質的不一定是個常數(shù)，它是的函數(shù)原理:勵磁電流I;

用安培定理得H05101520磁強計A251、磁化曲線磁強計測量B,如用感應電動勢測量由63鐵磁質的磁化規(guī)律BHo.1..2.ca.初始磁化曲線飽和磁感應強度BssBsBsH.rBbrB剩余磁感應強度.ccHcH矯頑力.dsBcH..rBe磁滯回線磁滯現(xiàn)象：B滯后于

H

的變化2、磁滯回線26鐵磁質的磁化規(guī)律BHo.1..2.ca.初始磁化曲線飽和64初始磁化曲線.......矯頑力飽和磁感應強度磁滯回線剩磁27初始磁.......矯頑力飽和磁感應強度磁滯回線剩磁65（1）根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質相鄰原子的電子之間存在很強的“交換耦合作用”，使得在無外磁場作用時，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。這些區(qū)域稱為“磁疇”多晶磁疇結構示意圖二、鐵磁質內的磁疇結構28（1）根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質相鄰原子的電子之間66（2）在外磁場作用下，磁疇發(fā)生變化。分兩步：A外磁場較弱時，凡磁矩方向與外磁場相同或相近的磁疇都要擴大（疇壁向外移動）。B外磁場較強時，每個磁疇的磁矩方向都程度不同地向外磁場方向靠攏（即取向）。外磁場越強，取向作用也越強。此上兩種變化都導致單位物理小體積內磁矩矢量和(即磁化強度M)從零逐漸增大，其方向與外場相同。外磁場越強，M也越強，這便是起始磁化曲線的成因。29（2）在外磁場作用下，磁疇發(fā)生變化。分兩步：A外磁場較67當再加外磁場時，M不再增加，磁化達到飽和。（3）疇壁的外移及磁疇磁矩的取向是不可逆的，當外磁場減弱或消失時磁疇不按原來變化規(guī)律逆著退回原狀。這解釋了磁滯的原因。（4）既然磁疇起因于電子自旋磁矩的自發(fā)有序排列，而熱運動是有序排列的破壞者，因而當溫度高于某一臨界時，磁疇就不復存在，鐵磁質就變?yōu)槠胀槾刨|。這一臨界溫度叫居里點。30當再加外磁場時，M不再增加，磁化