第七章磁介質(zhì)

第七章磁介質(zhì)磁介質(zhì)放入磁場(chǎng)中要受到磁場(chǎng)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(diǎn)，描述了介質(zhì)的磁化情況，由此得出有介質(zhì)存在時(shí)靜磁場(chǎng)的基本規(guī)律。什么是磁介質(zhì)?在外磁場(chǎng)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(chǎng)的物質(zhì)。磁介質(zhì)的磁化：在磁場(chǎng)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(duì)磁場(chǎng)的影響

BI實(shí)驗(yàn)表明，軟鐵心使管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大大增強(qiáng)．IB0B以B0和B分別表示管內(nèi)為真空和充滿磁介質(zhì)時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則由實(shí)驗(yàn)得出它們的大小關(guān)系為稱為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)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(chǎng)中呈現(xiàn)十分微弱的磁性，磁化后具有與外磁場(chǎng)同向的附加磁場(chǎng)的物質(zhì)，如鋁，鉻等(2)抗磁質(zhì)：在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)十分微弱的磁性，磁化后具有與外磁場(chǎng)反向的附加磁場(chǎng)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(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，磁化后具有很強(qiáng)的，與外磁場(chǎng)同向的附加磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)：自旋及繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有軌道磁矩和自旋磁矩。

整個(gè)分子磁矩是其中各個(gè)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?。上一頁下一頁返回一個(gè)分子的各種磁矩的矢量和稱為分子的固有磁矩，簡(jiǎn)稱分子磁矩，用表示（三）順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)影響磁場(chǎng)的微觀解釋每個(gè)分子可以用一個(gè)等效的原電流表示，稱為分子電流。(1)順磁質(zhì)：無外磁場(chǎng)作用時(shí)，分子的固有磁矩不為零但各個(gè)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(chǎng)順磁質(zhì)的磁化有外磁場(chǎng)上一頁下一頁返回在有外磁場(chǎng)時(shí)，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(chǎng)中時(shí)，

在宏觀上顯示了磁性并產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，使介質(zhì)所在空間的磁場(chǎng)增強(qiáng)。設(shè)附加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為總磁場(chǎng)大小所以，總磁場(chǎng)加強(qiáng)結(jié)論：無外磁場(chǎng)時(shí)順磁質(zhì)對(duì)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(chǎng)作用時(shí)，分子的固有磁矩為零。結(jié)論：無外磁場(chǎng)時(shí)這種磁介質(zhì)在宏觀上不顯磁性。在有外磁場(chǎng)時(shí)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?chǎng)大小所以，總磁場(chǎng)減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(qiáng)的交換耦合作用，這個(gè)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(gè)自發(fā)磁化達(dá)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(qiáng)度矢量（一）磁化強(qiáng)度矢量注意：因?yàn)棰谡婵罩?。①無外磁場(chǎng)Bo時(shí)，介質(zhì)中。定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的分子磁矩的矢量和稱為磁化強(qiáng)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(dāng)磁介質(zhì)中各點(diǎn)的M均相同時(shí)，則表示該介質(zhì)是均勻磁化的．順磁質(zhì)磁化時(shí)，M與外磁場(chǎng)B0方向相同；抗磁質(zhì)磁化時(shí)，M與外磁場(chǎng)B0方向相反．（二）磁化電流與磁化強(qiáng)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(qiáng)度矢量M的關(guān)系為

對(duì)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(gè)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(qiáng)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(qiáng)度對(duì)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(qiáng)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(qiáng)度M依下式?jīng)Q定：

§7.1-3磁介質(zhì)存在時(shí)的安培環(huán)路定理束縛電流傳導(dǎo)電流有磁介質(zhì)的總磁場(chǎng)不管是傳導(dǎo)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，還是磁化電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，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(dǎo)電流有磁介質(zhì)的總磁場(chǎng)L上一頁下一頁返回定義磁場(chǎng)強(qiáng)度則有：磁場(chǎng)強(qiáng)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(dǎo)電流I有關(guān),與介質(zhì)無關(guān)。(當(dāng)I相同時(shí)，盡管介質(zhì)不同，H在同一點(diǎn)上也不相同，然而環(huán)流卻相同)。因此可以用它求場(chǎng)量，就象求那樣。磁場(chǎng)強(qiáng)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(fù)值I為正值繞行方向電流I的正負(fù)規(guī)定：積分路徑的繞行方向與電流成右手螺旋關(guān)系時(shí)，電流I為正值；反之I為負(fù)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(chǎng)中的另一定理―磁場(chǎng)中的高斯定理，由于傳導(dǎo)電流和磁化電流產(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)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(duì)磁導(dǎo)率稱為磁導(dǎo)率實(shí)驗(yàn)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(chǎng)的情況下相對(duì)磁導(dǎo)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(diǎn)的磁場(chǎng)B3)圓柱面外的B例題1如圖所示，磁導(dǎo)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(dǎo)電的磁導(dǎo)率u2的均勻磁介質(zhì)，試求：u1u2上一頁下一頁返回1）當(dāng)0<r<R1時(shí)2）當(dāng)R1<r<R2時(shí)3）當(dāng)R2<r

時(shí)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(duì)電容率或相對(duì)介電常量。之間的關(guān)系：

之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)規(guī)律量綱稱為相對(duì)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率電磁場(chǎng)的性能方程上一頁下一頁返回§7-3鐵磁質(zhì)1）附加磁場(chǎng)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(shí)，鐵磁質(zhì)呈現(xiàn)順磁性,溫度降至居里點(diǎn)以下后，又恢復(fù)鐵磁性（一）鐵磁體的特點(diǎn)材料居里點(diǎn)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(diǎn)：Ma飽和磁化強(qiáng)度；“b”點(diǎn)：Mb剩余磁化強(qiáng)度，“c”點(diǎn)：Hc——矯頑力；Bb剩余磁感應(yīng)強(qiáng)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(dòng)畫吧上一頁下一頁返回圖磁疇磁疇與磁化當(dāng)時(shí)，如右圖所示,1、磁疇概述當(dāng)時(shí)，磁疇轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向排列?！F磁質(zhì)磁化。2、鐵磁質(zhì)磁化機(jī)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(jī)，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(jī)，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(chǎng)的能量能量存在于“場(chǎng)”中，磁場(chǎng)中每點(diǎn)有wm能量密度以螺線管為例管內(nèi)：H=nI，B=nI（均勻磁