北京化工大學-普通物理學14磁場中的磁介質(zhì)省公開課一等獎全國示范課微課金獎課件

第14章

磁場中磁介質(zhì)1第1頁14.1磁介質(zhì)對磁場影響14.2原子磁矩14.3磁介質(zhì)磁化14.4磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理14.5鐵磁質(zhì)14.6簡單磁路本章主要內(nèi)容2第2頁基本要求1.了解磁介質(zhì)磁化現(xiàn)象及其微觀解釋。2.了解各向同性介質(zhì)中磁感應強度和磁場強3.了解鐵磁質(zhì)特征。度聯(lián)絡和區(qū)分，了解磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理。3第3頁14.1磁介質(zhì)對磁場影響1.磁介質(zhì)——在考慮物質(zhì)受磁場影響或它對磁場影響時，物質(zhì)統(tǒng)稱為磁介質(zhì)。2.

磁介質(zhì)對磁場影響B(tài)0：管內(nèi)為真空或空氣時磁感應強度磁介質(zhì)相對磁導率銅鋁純鐵B：管內(nèi)充滿磁介質(zhì)時磁感應強度4第4頁3.磁介質(zhì)分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場增強原場如鋅、銅、水銀、鉛等如錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)相對磁導率都非?？拷?。鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)含有顯著增強原磁場性質(zhì)如純鐵、硅鋼、坡莫合金等5第5頁14.2原子磁矩閉合電流磁矩：在外磁場中受到磁力矩：核外電子軌道運動：r

v，估算磁矩大小。

經(jīng)典理論：原子內(nèi)電子軌道運動形成電流：電子軌道運動磁矩：電子軌道運動角動量：電子軌道磁矩：6第6頁分子磁矩可用一個等效圓電流I（分子電流）來表示。Im

分子磁矩

電子軌道磁矩電子自旋磁矩

核自旋磁矩矢量和分子在正常情況下，其磁矩矢量和不為零，分子在正常情況下，其磁矩矢量和為零，即分子固有磁矩為零。磁介質(zhì)→順磁質(zhì)：——分子固有磁矩。抗磁質(zhì)：7第7頁1.順磁質(zhì)有外場：磁矩轉(zhuǎn)向，磁化。分子固有磁矩不為零取向無規(guī)則，不顯示磁性。無外場：8第8頁電子軌道半徑不變外場方向與電子軌道磁矩方向相反：外場方向與電子軌道磁矩方向相同：2.抗磁質(zhì)結論：在外磁場作用下，電子軌道運動和自旋運動以及原子核自旋運動都會發(fā)生改變，產(chǎn)生一附加磁矩，附加磁矩總是與外磁場方向相反。注：順磁質(zhì)也有抗磁效應，但較順磁效應小得多。++—感生磁矩無外場：不顯示磁性有外場：9第9頁14.3磁介質(zhì)磁化一、磁介質(zhì)磁化二、磁化強度三、磁化強度與束縛電流10第10頁一、磁介質(zhì)磁化順磁質(zhì)磁介質(zhì)磁化：磁介質(zhì)放到外磁場中時，在磁介質(zhì)表面出現(xiàn)束縛電流現(xiàn)象。順磁質(zhì)束縛電流方向與外磁場方向符合右手螺旋關系，其產(chǎn)生磁場要加強磁介質(zhì)中磁場；抗磁質(zhì)束縛電流方向與外磁場方向符合左手螺旋關系，其產(chǎn)生磁場要減弱磁介質(zhì)中磁場；順磁質(zhì)放到外磁場中時，它分子固有磁矩要沿著磁場方向取向；抗磁質(zhì)放到外磁場中時，它分子要產(chǎn)生感生磁矩。束縛電流（或磁化電流）：磁介質(zhì)放到外磁場中時，在磁介質(zhì)表面出現(xiàn)一電流。11第11頁二、磁化強度磁化強度：單位體積內(nèi)分子磁矩矢量和試驗給出：在普通試驗條件下，各向同性順磁質(zhì)或抗磁質(zhì)（以及鐵磁質(zhì)在磁場較弱時）磁化強度都和外磁場成正比，即：真空磁導率：相對磁導率：磁導率，單位與相同

磁化強度越強，說明磁介質(zhì)磁化程度越強(A/m)12第12頁三、磁化強度與束縛電流

dlL只有圍繞曲線L分子電流才對經(jīng)過曲面S電流強度I'有貢獻。先計算圍繞dl分子電流對I貢獻。以dl為母線作一斜圓柱體，其兩底與分子電流所在平面平行，底半徑等于分子電流半徑a

。只有中心處于該斜圓柱體分子電流才圍繞dl，S閉合路徑L包圍（經(jīng)過曲面S）總束縛電流：以n表示單位體積分子數(shù)13第13頁14.4磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理—磁場強度—穩(wěn)恒磁場、磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理：

磁場強度沿任何閉合回路線積分，等于該回路所包圍自由電流代數(shù)和。14第14頁—磁介質(zhì)磁化率和關系深入推導：15第15頁說明1、在國際單位制中，磁場強度單位為A/m。2、引入磁場強度后，安培環(huán)路定律右邊只包含自由電流，便于計算。3、磁場強度僅僅是一個輔助量，真正有意義是磁感應強度。討論：試驗表明，在各向同性均勻磁介質(zhì)中，和成正比。16第16頁例14.1同軸電纜由兩同心導體組成，內(nèi)層是半徑為R1導體圓柱，外層是半徑分別為R2、R3導體圓筒。兩導體內(nèi)電流等量而反向，均勻分布在橫截面上，導體相對磁導率為

r1，兩導體間充滿相對磁導率為

r2不導電均勻磁介質(zhì)。試求在各區(qū)域中B分布。解：由安培環(huán)路定理，取半徑為r環(huán)路，則：17第17頁例14.2一無限長直螺線管，單位長度上匝數(shù)為n，螺線管內(nèi)充滿相對磁導率為

r均勻介質(zhì)。導線內(nèi)通電流I，求管內(nèi)磁感應強度。解:安培環(huán)路定理

Bcabd?lHP18第18頁14.5鐵磁質(zhì)一、磁化曲線二、磁滯回線三、鐵磁質(zhì)宏觀性質(zhì)四、鐵磁性材料五、鐵磁質(zhì)微觀結構磁疇19第19頁鐵、鈷、鎳和它們一些合金、稀土族金屬（在低溫下）等含有顯著而特殊磁性：它們相對磁導率都比較大，且隨B大小而改變。都有顯著磁滯效應。I由求出H，再由其它方法測出B，做B-H

(或M-H)曲線20第20頁一、磁化曲線（B或M隨H改變曲線）B—H和

r—H曲線是非線性關系Ｂmax─飽和磁感強度OMNPO

r=B/

0H從試樣完全沒有磁化開始，逐步增大H，做出Ｂ─H曲線叫初始磁化曲線21第21頁

當鐵磁質(zhì)抵達飽和后，慢慢減小H值，B并不沿最初磁化曲線逐慚減小，即鐵磁質(zhì)磁化過程并不是可逆。磁滯回線從此曲線看，B改變總落后于H改變，這種現(xiàn)象叫磁滯效應。

注意：各種鐵磁質(zhì)都有一臨界溫度，稱居里點（居里溫度），在這溫度以上鐵磁質(zhì)失去鐵磁性變?yōu)轫槾刨|(zhì)。二、磁滯回線22第22頁退磁方法：3.加交變衰減磁場使介質(zhì)中磁場逐步衰減為0，應用在錄音機中交流抹音磁頭中。BHoctHo1.升高溫度，到達居里溫度以上。2.加反向磁場：提供矯頑力。4.敲擊法：經(jīng)過振動提供使磁疇瓦解能量。23第23頁三、鐵磁質(zhì)宏觀性質(zhì)1.可使原磁場大幅度增加2.與磁化歷史相關B-H非線性3.磁滯現(xiàn)象4.居里溫度四、鐵磁性材料軟磁材料：易于磁化，易于退磁，制作電磁鐵，變壓器硬磁材料：BH0軟磁BH0硬磁μ大，Bmax大，Hc小，磁滯回線窄Br大，Hc大，磁滯回線寬，制作永磁體24第24頁

電子自旋磁矩在一些小區(qū)域自發(fā)整齊排列，形成自發(fā)磁化小區(qū)域，稱為磁疇。線度在10-4m。無——整個鐵磁質(zhì)總磁矩為零（未經(jīng)磁化鐵磁質(zhì)）無外磁場五、鐵磁質(zhì)微觀結構磁疇25第25頁有外磁場磁化方向與有同向磁疇擴大磁化方向轉(zhuǎn)向方向26第26頁導體半導體絕緣體鐵磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)電介質(zhì)：極化無磁荷輔助量輔助量I0Q0磁介質(zhì)：磁化磁場與電場比較

基本場量有電荷基本場量27第27頁磁路

：由鐵心（或一定間隙）組成磁感線集中通路。

14.6簡單磁路28第28頁例14.3如圖示鐵環(huán)，設環(huán)長度為l