第七章恒定電流的磁場

17.7磁介質(zhì)一、磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)分成三類:順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度

磁化后的磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場,對原磁場產(chǎn)生影響。

放入磁場中能夠顯示磁性，并影響原磁場的物質(zhì)，稱為磁介質(zhì)。磁介質(zhì)2順磁質(zhì)

（鋁、氧、錳等）弱磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）強(qiáng)磁性物質(zhì)抗磁質(zhì)（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)3電介質(zhì)放入外電場中相對介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外磁場中相對磁導(dǎo)率

反映磁介質(zhì)的性質(zhì)?；?1.分子電流與分子磁矩

構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子中,每個(gè)電子繞原子核作軌道運(yùn)動,具有軌道磁矩；電子本身還有自旋,具有自旋磁矩。二、順磁性和抗磁性的微觀解釋io分子電流

分子中所有電子的各種磁矩總和構(gòu)成固有磁矩：

固有磁矩可以看成由一個(gè)等效圓形分子電流i

產(chǎn)生。5

抗磁質(zhì)各電子磁矩總和,對外不顯磁性。

順磁質(zhì)各電子磁矩總和，由于熱運(yùn)動，分子磁矩取向雜亂，對外不顯磁性。2.無外磁場作用時(shí)的抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)時(shí)的順磁質(zhì)63.有外磁場作用時(shí)的順磁質(zhì)

分子的固有磁矩受力矩的作用,趨于外磁場方向排列。但由于分子熱運(yùn)動的影響,各分子固有磁矩的取向不可能完全整齊,外磁場越強(qiáng),排列越整齊。

由于這種取向排列使原磁場得到加強(qiáng),但這種加強(qiáng)很小。有外磁場7

分子的固有磁矩為零,但在外磁場的作用下產(chǎn)生附加磁矩。I原子核電子電子軌道磁矩與外磁場方向相同

當(dāng)原子中的電子在庫侖力的作用下以速度繞原子核作順時(shí)針作圓周運(yùn)動時(shí),形成電子軌道運(yùn)動的磁矩。4.有外磁場作用時(shí)的抗磁質(zhì)8

向心力減小,則減小,軌道磁矩變小,等效為在軌道磁矩上疊加一個(gè)反方向附加磁矩。與方向相反,削弱外磁場。I原子核電子電子軌道磁矩與外磁場方向相同電子受到洛侖茲力作用與庫侖力相反,背離原子核。9I電子軌道磁矩與外磁場方向相反

電子受到洛侖茲力與庫侖力方向相同,在向心力增大的情況下,要維持軌道半徑不變,必然引起電子軌道運(yùn)動速度增大,以致引起磁矩增加,即在軌道磁矩上疊加一個(gè)同方向的附加磁矩。與方向相反,削弱外磁場。當(dāng)電子作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)10三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強(qiáng)度1.磁介質(zhì)的磁化束縛電流

磁介質(zhì)磁化后,順磁質(zhì)的分子固有磁矩沿著磁場方向排列,產(chǎn)生與原磁場方向相同的附加磁場?？勾刨|(zhì)產(chǎn)生與原磁場方向相反的附加磁場。分子電流呈有規(guī)則排列在磁介質(zhì)內(nèi)部,宏觀上將在磁介質(zhì)表面形成電流。

抗磁質(zhì)順磁質(zhì)11抗磁質(zhì)順磁質(zhì)束縛電流束縛電流L

宏觀上構(gòu)成沿介質(zhì)表面的等效環(huán)形電流,稱為表面束縛電流或磁化電流。122.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強(qiáng)度(1)有介質(zhì)時(shí)的高斯定理

束縛電流在激發(fā)磁場方面與傳導(dǎo)電流等效,激發(fā)的磁場都是渦旋場,存在介質(zhì)的磁場中高斯定理仍然成立:在真空中,為外磁場;在磁介質(zhì)中,是外磁場與束縛電流產(chǎn)生的附加磁場的合磁場。13

在密繞的長直螺線管中,充滿磁介質(zhì),線圈中的電流為I。取閉合回路ABCDA,求此閉合回路的磁場環(huán)流。ADCBL閉合回路所包圍的電流,包含傳導(dǎo)電流I和束縛電流IS兩項(xiàng)：(2)有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理14另外兩式相比代入式子得令稱為磁導(dǎo)率?；?5則或令則為磁場強(qiáng)度。將NI

寫成16

沿任一閉合路徑磁場強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

由于H的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流I有關(guān),而與介質(zhì)無關(guān)，因此在有磁介質(zhì)的空間，可以用介質(zhì)中的安培環(huán)路定理來求磁場強(qiáng)度矢量H

,然后用H

與B的關(guān)系,求出空間磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布?！?7例1

長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì),設(shè)勵(lì)磁電流,單位長度上的匝數(shù)為n

。求:管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解:因管外磁場為零,取安培回路L

l為ab的長度。.l18例2

長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1

的金屬導(dǎo)體,它與外壁R2

之間充滿均勻磁介質(zhì),電流從芯流過再沿外壁流回。求:介質(zhì)中磁場分布。（R1<r<R2)沿圓切線方向。解：取安培回路19四、鐵磁質(zhì)

鐵磁質(zhì)是另一類磁介質(zhì),在電器設(shè)備中放置鐵磁質(zhì),可以增加磁場。

鐵磁性主要來源于電子的自旋磁矩。原子間電子相互耦合作用很強(qiáng),促使其自旋磁矩平行排列形成磁疇。

在無外磁場的作用下磁疇取向平均抵消,能量最低,不顯磁性。無外磁場1.磁疇20

外磁場較弱時(shí),自發(fā)磁化方向與外磁場方向相同或相近的磁疇逐漸增大,外磁場較強(qiáng)時(shí),磁疇自發(fā)磁化方向作為一個(gè)整體,不同程度地轉(zhuǎn)向外磁場方向。有外磁場

當(dāng)全部磁疇都沿外磁場方向時(shí),鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到飽和狀態(tài)，該值很大,這就是鐵磁質(zhì)磁性大的原因。磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測。21222.磁化曲線θ2004006008001000H/(Am-1)B/10-4TB=f(H)順磁質(zhì)的B-H曲線51015023

當(dāng)外磁場由+Hm逐漸減小時(shí),B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象,叫做磁滯現(xiàn)象

,簡稱磁滯。

由于磁滯,H=0時(shí),磁感強(qiáng)度B≠0,Br叫做剩余磁感強(qiáng)度(剩磁),Hc稱為矯頑力。3.鐵磁質(zhì)的磁滯回線O磁滯回線244.鐵磁性材料O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大。25

放在勻強(qiáng)磁場中的鐵質(zhì)球殼截面(球殼要有一定的厚度),由于空氣的磁導(dǎo)率μ接近于1,而鐵殼的磁導(dǎo)率至少有幾千,所