第7章恒定電流磁場77磁介質

7.7

磁介質

'B

=

B0

+

B磁感應強度一、磁介質的分類放入磁場中能夠顯示磁性，并影響原磁場的物質，稱為磁介質。磁介質分成三類:順磁質、抗磁質和鐵磁質。磁化后的磁介質產生附加磁場,

對原磁場產生影響。B0磁介質1B0

+

B￠

順磁質

B

>

B02（鋁、氧、錳等）弱磁質B

>>B0鐵磁質（鐵、鈷、鎳等）強磁性物質

B

<

B0抗磁質（銅、鉍、氫等）弱磁質E0電介質放入外電場中

E

<

E0E0

erE

=

E0

+

E'E

=

1相對介電常數磁介質放入外磁場中

B0

B

=

B0

+

B￠

B

?

B0rBB

=

m0相對磁導率3mr

反映磁介質的性質?；駼

=

mr

B0二、順磁性和抗磁性的微觀解釋i4pm1.分子電流與分子磁矩構成物質的分子或原子中,每個電子繞原子核作軌道運動,具有軌道磁矩；電子本身還有自旋,具有自旋磁矩。o分子電流分子中所有電子的各種磁矩總和構成固有磁矩：pm固有磁矩可以看成由一個等效圓形分子電流i

產生。順磁質各電子磁矩總和pm

?0

，由于熱抗磁質各電子磁矩總和pm

=0

,對外不顯磁性。2.無外磁場作用時的抗磁質與順磁質運動，分子磁矩取向雜亂，對外不顯磁性。B

=0

時的順磁質53.

有外磁場作用時的順磁質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,排列越整齊。由于這種取向排列使原磁場得到加強,但這種加強很小。有外磁場B06零,

但在外磁場的作用vB0pmI原子核電子7電子軌道磁矩與外磁場方向相同動時,

形成電子軌道運動的磁矩

。pm下產生附加磁矩。當原子中的電子在庫侖力的作用下以速度v

繞原子核作順時針作圓周運4.有外磁場作用時的抗磁質分子的固有磁矩為向心力減小,則v

減小,軌道磁矩變小,等效為在軌道磁矩上疊加一'。pm個反方向附加磁矩D'DB0pm'pmDIFev

mF原子核電子pm

與B0方向相反,削弱外磁場。8電子軌道磁矩與外磁場方向相同電子受到洛侖茲力作用F

=

-ev

·

BmF

與庫侖力F

相反,背離m

e原子核。vB0pmD

mq

Fe

FIpm

與B0方向相反,削弱外磁場。9pm電子軌道磁矩與外磁場方向相反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動速度增大,

以致引起磁矩增加,即在軌道磁矩上疊加一個同方向的附加磁矩。電子受到洛侖茲力Fm與庫侖力Fe

方向相同,

在'D當電子作逆時針轉動時三、磁介質中的安培環(huán)路定理 磁場強度1.

磁介質的磁化束縛電流磁介質磁化后,順磁質的分子固有磁矩沿著磁場方向排列,產生與原磁場方向相同的附加磁場。抗磁質產生與原磁場方向相反的附加磁場。分子電流呈有規(guī)則排列在磁介質內部,宏觀上將在磁介質表面形成電流?？勾刨|DBB0順磁質B0DB10ISIS抗磁質順磁質ISISB0B0束縛電流束縛電流L宏觀上構成沿介質表面的等效環(huán)形電流,

稱為表面束縛電流或磁化電流。112.

磁介質中的安培環(huán)路定理 磁場強度s12(1)

有介質時的高斯定理束縛電流在激發(fā)磁場方面與傳導電流等效,激發(fā)的磁場都是渦旋場,存在介質的磁場中高斯定理仍然成立:

B

dS

=

0在真空中,

B

為外磁場;在磁介質中,

B

是外磁場與束縛電流產生的附加磁場的合磁場。

i0ILAB

B

dl

=

B

dl

=

m0

sABL

B

dl

=

B

dl

=

m

(NI

+

I

)A13DB

CL閉合回路所包圍的電流,包含傳導電流I

和束縛電流IS兩項：(2)

有介質時的安培環(huán)路定理在密繞的長直螺線管中,充滿磁介質,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。B l

=

m0

(NI

+

Is

)另外B0

l

=

m0

NI兩式相比B

NIsrB NI

+

I0m

=

=L代入式子得

B

dl

=

m0

(NI

+

Is

)

B

dl

=

m0

mr

NIL14令m

=

m0

mr稱為磁導率?；?內)

I(內)L則

B

dl

=

m0

mr

NI

=

m

I或(內)IBLdl

=m令B

=

Hm

B

=

mH(內)15則

H

dl

=

ILH

為磁場強度。將NI寫成(內)16

H

dl

=

IL磁介質中的安培環(huán)路定理沿任一閉合路徑磁場強度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數和。由于H

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

,然后用H

與B

的關系,求出空間磁感應強度的分布。→→

→

→BI0

I0例1長直螺旋管內充滿均勻磁介質mr,設勵磁電流I0,單位長度上的匝數為n

。求:

管內的磁感應強度。解:

因管外磁場為零,

取安培回路LLL

H

dl

=

I0lH

=

nlIH

=

nI0\

B

=

m0

mr

H

=

m0

mr

nI0l

為ab的長度。cbadB.17l2πrH

=

I

例2

長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1

的金屬導體,它與外壁R2

之間充滿均勻磁介質,電流從芯流過再沿外壁流回。LLIH

dl

=Ir

2πrB

=

m0

mr

H

=

m0

m（R1<r<R2

)沿圓切線方向。2B

=

0 ,

r

>

R求:介質中磁場分布。解：取安培回路112

π

R2,

r

<

RB

=

m0

Ir

rI18I

erB四、鐵磁質鐵磁質是另一類磁介質,在電器設備中放置鐵磁質,可以增加磁場。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,促使其自旋磁矩平行排列形成磁疇。19外磁場較弱時,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,外磁場較強時,磁疇自發(fā)磁化方向作為一個整體,不同程度地B20有外磁場轉向外磁場方向。當全部磁疇都沿外磁場方向時,

鐵磁質的磁化就達到飽和狀態(tài)，該值很大,這就是鐵磁質磁性大的原因。磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測。2.

磁化曲線H/(Am-1)21θ200

400

600

800

1000順磁質的B-H曲線510B/10-4T15B=f

(H)0磁感強度B≠0,

B

叫做r剩余磁感強度(剩磁),Hc稱為矯頑力。3.鐵磁質的磁滯回線當外磁場由+Hm逐漸減小時,

B

的變化落后于H的變化的現象,叫做磁滯現象

,簡稱磁滯。由于磁滯,

H=0時,BmPBrm-HP'H+HmOHc-

BmBQ22磁滯回線HO軟磁材料HO硬磁材料HB

B

BO23矩磁鐵氧體材料4.

鐵磁性材料不同鐵磁性物質的磁滯回線形狀相差很大。5.