大学物理磁学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,一、磁介质及其分类,磁介质：放入磁场后受磁场影响,（,磁化,）,反过来又影响磁场的介质称为,“磁介质”,。,1,、磁场会使磁介质磁化,8-7,磁介质的磁化和分类,分子电流,：把分子或原子看作一个整体，,分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和,，,可用一个等效的圆电流表示,，统称为,分子电流,。,I,分子磁矩,无外磁场,有外磁场,磁化电流,磁化电流,磁化面电流,介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为,磁化电流,I,s,又叫,分子面电流,。,2,、处于磁化状态的磁介质使磁场发生变化,磁介质中的,总磁感应强度,为：,传导电流,I,激发的磁场,磁化电流,I,s,激发的磁场,定义：,磁化电流与传导电流的区别：,（,1,）,磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映,，并不伴随电荷的定向运动，,不产生热效应,。而传导电流是由大量电荷作定向运动而形成的。,（,2,）磁化电流在,磁效应,方面与传导电流相当。,（,1,）顺磁性介质：,介质磁化后呈弱磁性。,附加磁场,B,与外场,B,o,同向。,B B,o ,r,1,（,2,）抗磁性介质：,介质磁化后呈弱磁性。,附加磁场,B,与外场,B,o,反向。,B B,o ,r,B,o ,r,1,（,4,）超导体,(,完全抗磁体）：,B=0,四类磁介质：,8-8,有磁介质时的安培环路定理 磁场强度,：把,分子所具有的磁矩,统称为分子磁矩，用符号 表示。,1.,分子磁矩,2.,附加磁矩,：,因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号 表示。,3.,磁化强度,（）,反映磁介质磁化程度,(,大小与方向,),的物理量。,磁化强度：,单位体积内所有,分子固有磁矩的矢量和,加上,附加磁矩的矢量和,，称为磁化强度，用 表示。,一、基本概念,均匀磁化,非均匀磁化,磁化强度的,单位,：,注意：,对顺磁质，可以忽略；,对抗磁质 ，对于真空，。,外磁场为零，磁化强度为零。,外磁场不为零,:,顺磁质,抗磁质,二、磁化电流（,I,s,）的大小,设介质表面沿,轴线方向,单位长度上的磁化电流为,（,磁化面电流的线密度,），则长为,l,的一段介质上的磁化电流强度,I,S,为,总磁矩,磁化强度,取一长方形闭合回路,ABCD,，,AB,边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为,l,，而,BC,、,AD,两边则垂直于柱面。,磁化强度对闭合回路的线积分,等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。,三、有磁介质存在时的安培环路定理,有介质存在时的高斯定理,磁介质,磁 化,磁化电流,附加磁场,作用,叠加,磁感应线均为闭合曲线，都属于涡旋场,高斯定理仍然成立：,普遍适用,有介质存在时的安培环路定理,外磁场 由传导电流产生，且磁场中有磁介质时，磁场中任一点的磁感应强度,应为,传导电流,和,磁化电流,共同产生,。磁场中安培环路定理为,改写上式为,磁感应强度 沿任一闭合回路,L,的环流，等于穿过回路所包围面积的,传导电流,和,总磁化电流,的,代数,和,的 倍。,定义磁场强度矢量：,磁场强度 沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路所包围并穿过的,传导电流,的代数和，,而在形式上与磁介质中磁化电流无关,。,有介质存在时的安培环路定理为,或,（,2,）,是,辅助量,，决定运动电荷受力的仍为磁感应强度,比例系数,磁介质的磁化率,，,大小仅与磁介质性质有关，是单位为,1,的量。,（,1,）,H,单位（,SI,）：,（,4,）,由实验，对各向同性均匀磁介质，有,（,3,）,此式,普遍适用,。表示在磁场中任一,点处，三个物理量是点点对应的关系。,（,5,）,由 得,适用于各向同性磁介质,则有,令,将 代入上式得,相对磁导率,磁导率,对真空磁场：,对各向同性不均匀磁介质：,两者为非线性关系。,对各向同性均匀磁介质：,对铁磁质：,磁介质中安培环路定理的应用,对称性分布的传导电流和磁介质,各向同性均匀磁介质,例,一电缆由半径为 的长直导线和套在外面单位内、外半径分别为 和 的同轴导体圆筒组成，其间充满相对磁导率为 的各向同性顺磁质。,电流,I,由中心导体流入,，,由外面圆筒流出,。求,磁场分布,和,紧贴中心导线的磁介质表面的磁化电流,。,解：,由对称性分析，线和 线都是在垂直于轴线的平面内，并以轴线上某点为圆心的同心圆。取距轴线距离,r,为半径的圆为安培环路,L,，顺时针绕行，则有,（,2,）由安培环路定理得,所以,又,8-9,铁磁质,铁磁质是一种强磁质，磁化后的附加磁感应强度远大于外磁场的磁感应强度，因此用途广泛。铁、钴、镍以及许多合金都属于铁磁质。,本世纪初,:,电机制造,通讯器件,50,年代以后,:,计算机和科学技术发展 用于,信息的存储和记录（,磁盘、磁带等,）,一、磁化曲线和磁滞回线,测量磁化曲线的实验装置,螺绕环,0,5,10,15,20,磁强计,BG,铁环,狭缝,测量,B,的探头,（霍耳元件）,电流表,电阻,测量,H,换,向,开,关,1.,磁化曲线,B,/T,H(A/m),0.2,1.6,1.4,1.2,1.0,0.8,0.6,0.4,200,400,600,800,1000,1,8,7,6,5,4,3,2,B,=,B/H,结论：,B,/T,H(A/m),0,B,A,C,B,s,OA,段：,B,随,H,线性增加,AB,段：,B,随,H,急剧增加,BC,段：,B,随,H,缓慢增加,C,以后：,B=B,S,2.,磁滞回线,A,D,-H,c,H,s,B,s,B,C,B,r,-H,s,-B,s,E,F,H,c,-B,r,OA,称为 起始磁化曲线,H,s,称为 饱和磁场强度,B,r,称为 剩余磁感应强度,H,c,称为,矫顽力,o,B,H,（,反映保持剩余状态的能力,）,总体,：,B,落后于,H,的变化,B,和,H,呈非线性关系,，,不是一个恒量，,B,不能由,H,单值确定,磁滞现象,：,B,的变化落后于,H,的变化,能产生非常强的附加磁场,B,B,甚至是外磁场的千百倍。而且与外场同方向,高,值,存在磁滞损耗,：,磁滞损耗与磁滞回线面积成正比,磁致伸缩效应,：,铁磁体在交变磁化磁场的作用下，它的形状随之改变,。,二、铁磁质的,特点,临界温度：,各种铁磁质各有一临界温度 ，称为居里点，当 时，失去铁磁性，成为顺磁质。,三、铁磁质的分类,软磁材料：,磁滞回线细而窄，矫顽力小。,H,B,磁滞损耗小，容易磁化，容易退磁，适用于交变磁场。,如制造电机，变压器等的铁芯。,硬磁材料：,磁滞回线较宽，剩余磁感应强度和矫顽力都比较大。,H,B,不易退磁,适合于制造永磁体,H,B,矩磁材料：,磁滞回线接近于矩形，剩余磁感应强度,B,r,接近于饱和磁感应强度,B,s,。,适合于制作记录磁带及计算机的记忆元件,形成原因：,相邻铁原子中的电子间存在着,“强交换耦合作用,”，此作用促使相邻原子中电子的的自旋,磁矩平行排列,，形成“,磁畴,”。,磁畴体积：,10,-8,m,3,铁磁质的临界温度“居里点”,铁的居里点：,T,=1040K,镍的居里点：,T,=631K,。,四、铁磁性的起因,在铁磁质中存在着自发磁化的微小区域,磁畴,铁磁性的起因,磁饱和状态,自发磁化,壁移,与 夹角较小的磁畴扩展自己的范围,转向,壁移,磁滞现象：,磁畴的磁壁很难完全恢复原来的形状。如果撤去外磁场，磁畴的某些规则排列将被保存下来，使铁磁质保留部分磁性，这就是剩磁。,居里点：,当温度升高到居里点时，剧烈的热运动使磁畴全部瓦解，这时铁磁质就成为一般的顺磁质了。,解释：,五 磁屏蔽,把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，在它们的交界面上磁场要发生突变，引起了磁感应线的折射,.,磁屏蔽示意图,