第九章磁介質

第9章磁場中的磁介質本章研究把磁介質引進磁場后磁場與磁介質的相互作用及有磁介質存在時磁場的計算問題。1第9章磁場中的磁介質一、磁介質磁化規(guī)律二、有磁介質時磁場的計算三、鐵磁質2電極化現(xiàn)象磁化現(xiàn)象原因原因一、磁介質磁化規(guī)律磁介質－與磁場有相互作用的物質(所有物質)。磁介質的磁化規(guī)律可與電介質的極化規(guī)律對比：3---+++(與B0同向或反向)磁化電流I’極化電荷q’電極化磁化1.磁介質的磁化磁化現(xiàn)象---外磁場

下,表面,磁化電流I’,磁性I’磁介質對磁場的影響－－4磁介質分類：順磁質、抗磁質、鐵磁質順磁質，抗磁質，鐵磁質，B>B0(鋁、錳、鉑）B<B0（鉛、銅、鋅）B>>B0（純鐵、硅鋼）磁介質對磁場的影響來源于其內部機制。磁介質對磁場的影響－－某些磁介質的相對磁導率見書P287表9.152.原子的磁距電子的磁矩ISm電子的軌道運動電流軌道磁矩電子軌道運動的角動量電子軌道磁矩與軌道角動量的關系：電子自旋磁矩和自旋角動量S的關系：62.磁化原因①

順磁質的磁化

順磁質分子有固有的分子磁矩（主要是電子

m分

10-23A·m2。熱運動使完全顯現(xiàn)磁性。方向,0Br排列趨于使分0mBrr混亂，不顯磁性。軌道和自旋磁矩的貢獻），7②抗磁質的磁化抗磁質的分子固有磁矩為0。不顯磁性

附加磁矩

顯示抗磁性8①

磁化強度：對順磁質和抗磁質，實驗表明：

②

磁化電流：由于介質磁化而出現(xiàn)的一些等效3.磁化強度與磁化電流（magnetizationandmagnetizationcurrent）的附加電流分布。對鐵磁質，實驗表明：和呈非線性關系，而且是非單值對應關系單位：A/m9磁化強度與磁化電流的關系等于沿軸線單位長度上的磁化電流。即磁化電流密度等于磁化強度沿該表面處的分量。當磁化強度與介質表面不平行時LS10磁化強度的環(huán)流磁化強度M沿閉合回路的線積分等于該回路包圍的磁化電流代數(shù)和。11二、有磁介質時磁場的計算真空中介質中總磁場為磁場強度，單位：安/米式中：為穿過回路的總電流定義1.H的環(huán)路定理12磁場強度對回路l

的線積分等于穿過該回傳導電流的代數(shù)和(有介質存在時的環(huán)路定理)。穿過回路傳導電流代數(shù)和對各向同性的順磁質或抗磁質，有磁化率2.B與H的關系13真空中，由得或若傳導電流保持不變，則真空中和介質中的相等，故在介質中有－－有介質時的高斯定律3.有介質時的高斯定律14有介質存在時B的求法：1.根據(jù)傳導電流的分布，分析磁場的對稱性；2.選取合適的積分環(huán)路，使H從積分號提出來；3.計算傳導電流代數(shù)和，由H環(huán)路定理求出H；4.根據(jù)B與H的關系求B。15例1一鐵環(huán)中心線周長=30cm,橫截面S=1.0cm2,環(huán)上密繞N=300匝的線圈,當導線中電流I=32mA時,通過環(huán)截面的磁通=210-6wb,試求鐵芯的磁化率Xm.

解做一個環(huán)路abcdaabcd分析：H→B→Φ→μ→16

例2

一細螺繞環(huán)，它由表面絕緣的導線在鐵環(huán)上密繞而成，每厘米繞10匝。I=2A時，測得環(huán)內B為1.0T，則鐵環(huán)的相對磁導率r為(A)796(B)398(C)199(D)63.317例3

同軸電纜由一導體圓柱(半徑為a)和同軸導體園管(內外半徑為b、c)構成，二者之間充滿磁介質，電流I從導體圓柱流去，從導體管流回，求磁感應強度分布。解電流軸向分布，磁力線為同心圓。選磁力線為積分環(huán)路對所有磁力線環(huán)路成立18閉合環(huán)路包圍的傳導電流192021(1)起始磁化曲線(2)曲線r

隨H變化三、鐵磁質1.鐵磁質的磁化特性

B=H,=0r恒量,可以很大

H時,B,飽和Bs22(3)磁滯回線當溫度高到某一特定溫度值時,鐵磁材料的所有特性消失而成為順磁質,這一臨界溫度叫作居里點。鐵磁質中B的變化總是落后于外加磁場H變化,即H=0時,B0的剩磁現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。退掉剩磁需要矯頑力。磁滯回線說明鐵磁質的B與H的關系是非線性的,與磁化歷史有關.Br:剩磁Hc:矯頑力232.鐵磁質的磁化機理——磁疇理論當時，(1)磁疇在磁介質內形成的一個個微小的自發(fā)磁化區(qū)域。在每個小區(qū)域內,原子磁矩排列整齊,取向相同,因而具有很強磁性。(2)磁疇理論磁疇取向雜亂無章,不顯磁性.當時，每個磁疇的磁矩都沿B0方向,宏觀上顯示很強的附加磁場。24各種材料磁疇線度相差較大：磁疇體積約為10-6(mm)3，一個磁疇中約有1012~1015個原子。磁疇磁矩沿某個易磁化方向(directionofeasy所有的磁疇為什么不形成一個磁化整體呢？NSNS靜磁能高交換能低NSSN靜磁能低交換能高矛盾因素協(xié)調平衡，才使鐵磁體整體能量最低。從10-3m到10-6m，一般為10-4~10-5m，magnetization)排列。易磁化方向由晶體結構決定。253.硬磁和軟磁材料①

硬磁材料（hardmagneticmaterial）特點：磁滯損耗大，適合制作永久磁鐵、碳鋼、鎢鋼HHcBBBr也大，磁芯（記憶元件）等。Hc大（>102A/m），一般Hc

為104-106A/m，一般為103-104G。磁滯回線“胖”，26“矩磁材料”BBrHcH-Hc-BrBr-Br“0”“1”可作記憶元件27

②

軟磁材料（softmagneticmaterial）Hc?。?lt;102A/m），磁滯回線“瘦”，磁滯損耗小，適于制作交流電磁鐵、變壓器鐵芯等。純鐵、硅鋼HBHcBr坡莫合金(Fe78%、Ni22%)用于電子設備HBBrHc特點：一般約Hc

為1A/m。283.居里點（Curiepoint）（自發(fā)磁化減弱）（磁疇瓦解，表現(xiàn)順磁性）Tc是失去鐵磁性的臨界溫度，稱“居里點”。Fe：Tc=767℃Ni：Tc=357℃

Co：Tc=1117℃294.磁致伸縮—磁致伸縮。長度相對改變約10-5量級，溫下可達10-1；某些材料在低磁致伸縮有一定固有頻率，化頻率和固有頻率一致時，發(fā)生共振，當外磁場變可用于制作激振器、超聲波發(fā)生器等。30靜電場與穩(wěn)磁場比較靜電場穩(wěn)恒磁場場源靜止電荷dq定常運動電荷穩(wěn)定電流Idl場力靜電力穩(wěn)流導線互作用運動電荷互作用電場強度E磁感應強度B庫侖定律安培力定律典型場源電偶極子圓電流基本規(guī)律物理量小結31靜電場穩(wěn)恒磁場通量高斯定律真空中：介質中：真空中：同一介質中：電力線:有源有尾磁感應線:閉合線場本質有源場,無旋場有旋場,無源場全部電荷代數(shù)和自由電荷代數(shù)和32靜電場穩(wěn)恒磁場場環(huán)流介質兩種極化機制，多種磁化機制，束縛電荷，分子電流,介質中環(huán)流定理33電場與磁場是統(tǒng)一體電荷相對靜止電場電荷