第七章磁介質(zhì)

第七章磁介質(zhì)磁介質(zhì)放入磁場中要受到磁場作用而發(fā)生磁化，本章以環(huán)形電流與磁偶極子等效為出發(fā)點，描述了介質(zhì)的磁化情況，由此得出有介質(zhì)存在時靜磁場的基本規(guī)律。什么是磁介質(zhì)?在外磁場的作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，并且反過來影響外磁場的物質(zhì)。磁介質(zhì)的磁化：在磁場的作用下磁介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過程。上一頁下一頁返回§7-1磁介質(zhì)的磁化（一）磁介質(zhì)對磁場的影響

BI實驗表明，軟鐵心使管內(nèi)的磁感應(yīng)強度B大大增強．IB0B以B0和B分別表示管內(nèi)為真空和充滿磁介質(zhì)時的磁感應(yīng)強度，則由實驗得出它們的大小關(guān)系為稱為磁介質(zhì)的相對磁導率

磁介質(zhì)的種類或狀態(tài)的不同，則不同.上一頁下一頁返回(銅、水、氫、銀等)(鐵、鈷、鎳等)(空氣,鋁、鉻、等)磁介質(zhì)的分類(1)順磁質(zhì)：在外磁場中呈現(xiàn)十分微弱的磁性，磁化后具有與外磁場同向的附加磁場的物質(zhì)，如鋁，鉻等(2)抗磁質(zhì)：在外磁場中呈現(xiàn)十分微弱的磁性，磁化后具有與外磁場反向的附加磁場的物質(zhì)，如銅，鉛等上一頁下一頁返回(3)鐵磁質(zhì)：在外磁場中呈現(xiàn)很強的磁性，磁化后具有很強的，與外磁場同向的附加磁場的物質(zhì)，如鐵，鈷，鎳等（二）分子電流分子磁矩

分子電流

原子中電子參與兩種運動：自旋及繞核的軌道運動，對應(yīng)有軌道磁矩和自旋磁矩。

整個分子磁矩是其中各個電子的軌道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和（核的自旋磁矩?？珊雎裕Ｉ弦豁撓乱豁摲祷匾粋€分子的各種磁矩的矢量和稱為分子的固有磁矩，簡稱分子磁矩，用表示（三）順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)影響磁場的微觀解釋每個分子可以用一個等效的原電流表示，稱為分子電流。(1)順磁質(zhì)：無外磁場作用時，分子的固有磁矩不為零但各個分子磁矩的取向雜亂無章，因而所有分子磁矩的矢量和等于零。無外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場上一頁下一頁返回在有外磁場時，一方面分子磁矩沿方向取向，所以總磁矩不為零，總磁矩沿的方向，介質(zhì)被磁化了。也就是說，這種介質(zhì)處于外磁場中時，

在宏觀上顯示了磁性并產(chǎn)生附加磁場，使介質(zhì)所在空間的磁場增強。設(shè)附加磁場的磁感應(yīng)強度為總磁場大小所以，總磁場加強結(jié)論：無外磁場時順磁質(zhì)對外界不表現(xiàn)磁性。上一頁下一頁返回（2）抗磁質(zhì)：無外磁場作用時，分子的固有磁矩為零。結(jié)論：無外磁場時這種磁介質(zhì)在宏觀上不顯磁性。在有外磁場時產(chǎn)生感應(yīng)磁矩，宏觀上顯示磁性，而附加分子磁矩與反向，因此總磁矩不為零?？偞艌龃笮∷裕偞艌鰷p小上一頁下一頁返回（3）鐵磁質(zhì)單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖

在鐵磁質(zhì)中，相鄰鐵原子中的電子間存在著非常強的交換耦合作用，這個相互作用促使相鄰原子中電子的自旋磁矩平行排列起來，形成一個自發(fā)磁化達到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域，這些自發(fā)磁化的微小區(qū)域稱為磁疇。上一頁下一頁返回§7-2

磁化強度矢量（一）磁化強度矢量注意：因為②真空中。①無外磁場Bo時，介質(zhì)中。定義：單位體積內(nèi)的分子磁矩的矢量和稱為磁化強度矢量，用表示。在已磁化的磁體內(nèi)取任一體積元體積元內(nèi)分子磁矩矢量和為單位：A/m上一頁下一頁返回當磁介質(zhì)中各點的M均相同時，則表示該介質(zhì)是均勻磁化的．順磁質(zhì)磁化時，M與外磁場B0方向相同；抗磁質(zhì)磁化時，M與外磁場B0方向相反．（二）磁化電流與磁化強度矢量的關(guān)系

磁化面電流的出現(xiàn)

磁化電流上一頁下一頁返回在一般磁化情況下，可以證明，穿過以L為邊界線的S曲面的總磁化電流與磁化強度矢量M的關(guān)系為

對于各向同性的均勻介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部各分子電流相互抵消，而在介質(zhì)表面，各分子電流相互疊加，在磁化圓柱的表面出現(xiàn)一層電流，好象一個載流螺線管，稱為磁化電流（或束縛電流）。上一頁下一頁返回設(shè)介質(zhì)表面沿軸線方向單位長度上的磁化電流為（面磁化電流密度），則長為l的一段介質(zhì)上的磁化電流強度IS為證明：上一頁下一頁返回取一長方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，平行與柱體軸線，長度為l，而BC、AD兩邊則垂直于柱面。磁化強度對閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流。上一頁下一頁返回（1）磁介質(zhì)內(nèi)部磁化電流體密度J’由磁化強度決定。在均勻磁化的磁介質(zhì)中J‘=0。（2）兩磁介質(zhì)界面上的磁化電流面密度由磁強度M依下式?jīng)Q定：

§7.1-3磁介質(zhì)存在時的安培環(huán)路定理束縛電流傳導電流有磁介質(zhì)的總磁場不管是傳導電流產(chǎn)生磁場，還是磁化電流產(chǎn)生磁場，都遵守畢奧一薩伐爾定律和疊加原理，所以，第五章講的安培環(huán)路定理應(yīng)改為上一頁下一頁返回磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理束縛電流傳導電流有磁介質(zhì)的總磁場L上一頁下一頁返回定義磁場強度則有：磁場強度沿任意閉合回路L的線積分等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。物理意義H的環(huán)流僅與傳導電流I有關(guān),與介質(zhì)無關(guān)。(當I相同時，盡管介質(zhì)不同，H在同一點上也不相同，然而環(huán)流卻相同)。因此可以用它求場量，就象求那樣。磁場強度H的單位：安培/米(A/m),高斯單位制中單位是：Oe(奧斯特)1奧斯特=103/4(A/m)1高斯=104特斯拉上一頁下一頁返回I為負值I為正值繞行方向電流I的正負規(guī)定：積分路徑的繞行方向與電流成右手螺旋關(guān)系時，電流I為正值；反之I為負值。上一頁下一頁返回Il2例如：上一頁下一頁返回上一頁下一頁返回關(guān)于恒定磁場中的另一定理―磁場中的高斯定理，由于傳導電流和磁化電流產(chǎn)生磁場的規(guī)律相同，所以在磁介質(zhì)中仍成立，即有物理意義：在磁場中，通過任意封閉曲面的磁通量恒等于零。上一頁下一頁返回

之間的關(guān)系稱為相對磁導率稱為磁導率實驗表明，各向同性的非鐵磁性物質(zhì)，M與B成正比上一頁下一頁返回抗磁質(zhì)(銅、鉍、硫、氫、銀等)鐵磁質(zhì)(鐵、鈷、鎳等)順磁質(zhì)(錳、鉻、鉑、氧、氮等)定義在介質(zhì)均勻充滿磁場的情況下相對磁導率磁介質(zhì)的分類上一頁下一頁返回1)圓柱體內(nèi)的B2)圓柱體外圓柱面內(nèi)某點的磁場B3)圓柱面外的B例題1如圖所示，磁導率為u1的無限長磁介質(zhì)圓柱體，半徑為R1，其中均勻地通有電流I,在它外面有半徑為R2無限長同軸圓柱面，通有相反方向的電流I,二者之間充滿不導電的磁導率u2的均勻磁介質(zhì)，試求：u1u2上一頁下一頁返回1）當0<r<R1時2）當R1<r<R2時3）當R2<r

時H=0B=0上一頁下一頁返回作以軸為圓心、半徑為r的圓環(huán)為積分路徑由安培環(huán)路定理：例題2螺繞環(huán)，r<<R

已知：I0,n,,V

求：H,B,L解：環(huán)內(nèi)：選取閉合回路如圖Rr

（環(huán)外：H外=0,B外

=0）自=B內(nèi)S=nI0S，自=N自=n2R·nI0S=n2V

I0

L=自/I0=n2V

（真空：L0=0n2V

）=rL0電介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理上一頁下一頁返回稱為相對電容率或相對介電常量。之間的關(guān)系：

之間的關(guān)系實驗規(guī)律量綱稱為相對磁導率磁導率電磁場的性能方程上一頁下一頁返回§7-3鐵磁質(zhì)1）附加磁場很大，2）是的復(fù)雜函數(shù)，即非線性3)或B落后于，——磁滯現(xiàn)象4)剩余磁性——剩磁5)居里溫度，高于居里溫度時，鐵磁質(zhì)呈現(xiàn)順磁性,溫度降至居里點以下后，又恢復(fù)鐵磁性（一）鐵磁體的特點材料居里點鐵1043k鈷1388k鎳631k日常應(yīng)用例：電飯煲。上一頁下一頁返回即高μ值0MH123。。。(a)M~H曲線0BH123。。。(b)B~H曲線【討論一】：磁化曲線（起始磁化曲線）“0~1”：緩慢上升；“1~2”：激烈上升；“2~3”：減慢上升；“3~”：M不變，B線性上升上一頁下一頁返回磁滯回線0MH(c)M~H磁滯回線●a’●b’●c’c●-Hcb●Jba●Ma0BH(d)B~H磁滯回線a●c●●a’●b’●c’b●Bb【討論二】：“a”點：Ma飽和磁化強度；“b”點：Mb剩余磁化強度，“c”點：Hc——矯頑力；Bb剩余磁感應(yīng)強度；B和M的變化總是落后于H的現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象看動畫吧上一頁下一頁返回圖磁疇磁疇與磁化當時，如右圖所示,1、磁疇概述當時，磁疇轉(zhuǎn)向外場方向排列?！F磁質(zhì)磁化。2、鐵磁質(zhì)磁化機理M=0M慢增M跳增轉(zhuǎn)向飽和H=0HHHH可逆不可逆上一頁下一頁返回1、硬磁材料，矯頑力大：炭鋼、合金鋼、錳鋼、鈷鋼和鐵氧體等，可充磁成恒磁或稱永磁。用于磁電式儀表，電聲換能元件，永磁電機，指南針。（二）鐵磁體分類與應(yīng)用變壓器，互感器，接觸器，繼電器，電機，電磁鐵，磁芯，磁棒等廣泛應(yīng)用于2、軟磁材料，矯頑力?。弘姽ぼ涜F（含C<1‰），硅鋼，鐵氧體等。上一頁下一頁返回3、矩磁材料，剩磁大的軟磁材料（見右圖）BH矩磁可用作記憶元件，控制元件，開關(guān)元件4、磁致伸縮：高頻振蕩，超聲波發(fā)生器等上一頁下一頁返回§4.磁場的能量能量存在于“場”中，磁場中每點有wm能量密度以螺線管為例管內(nèi)：H=nI，B=nI（均勻磁