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1,第14章磁场中的磁介质,2,14.1磁介质对磁场的影响14.2原子的磁矩14.3磁介质的磁化14.4磁介质中的安培环路定理14.5铁磁质14.6简单磁路,本章主要内容,3,基本要求,1.了解磁介质的磁化现象及其微观解释。,2.了解各向同性介质中磁感应强度和磁场强,3.了解铁磁质的特性。,度的联系和区别，了解磁介质中的安培,环路定理。,4,14.1磁介质对磁场的影响,1.磁介质在考虑物质受磁场的影响或它对磁场的影响时，物质统称为磁介质。,2.磁介质对磁场的影响,B0：管内为真空或空气时的磁感应强度,磁介质的相对磁导率,铜铝纯铁,B：管内充满磁介质时的磁感应强度,5,3.磁介质的分类,顺磁质,抗磁质,减弱原场,增强原场,如锌、铜、水银、铅等,如锰、铬、铂、氧等,弱磁性物质,顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1。,铁磁质,通常不是常数,具有显著的增强原磁场的性质,如纯铁、硅钢、坡莫合金等,6,14.2原子的磁矩,闭合电流的磁矩：在外磁场中受到的磁力矩：,核外电子轨道运动：rv，估算磁矩大小。,经典理论：,原子内电子轨道运动形成的电流：,电子轨道运动的磁矩：,电子轨道运动的角动量：,电子的轨道磁矩：,7,分子磁矩可用一个等效的圆电流I（分子电流）来表示。,分子磁矩,电子的轨道磁矩,电子的自旋磁矩,核的自旋磁矩,矢量和,分子在正常情况下，其磁矩的矢量和不为零，,分子在正常情况下，其磁矩的矢量和为零，即分子固有磁矩为零。,磁介质,顺磁质：,分子固有磁矩。,抗磁质：,8,1.顺磁质,分子固有磁矩不为零,取向无规则，不显示磁性。,无外场：,9,电子轨道半径不变,外场方向与电子轨道磁矩方向相反：,外场方向与电子轨道磁矩方向相同：,2.抗磁质,结论：在外磁场作用下，电子的轨道运动和自旋运动以及原子核的自旋运动都会发生变化，产生一附加磁矩，附加磁矩总是与外磁场方向相反。,注：顺磁质也有抗磁效应，但较顺磁效应小得多。,+,+,感生磁矩,无外场：,不显示磁性,有外场：,10,14.3磁介质的磁化,一、磁介质的磁化二、磁化强度三、磁化强度与束缚电流,11,一、磁介质的磁化,磁介质的磁化：磁介质放到外磁场中时，在磁介质的表面出现束缚电流的现象。,顺磁质的束缚电流的方向与外磁场的方向符合右手螺旋关系，其产生的磁场要加强磁介质中的磁场；抗磁质的束缚电流的方向与外磁场的方向符合左手螺旋关系，其产生的磁场要减弱磁介质中的磁场；,顺磁质放到外磁场中时，它的分子的固有磁矩要沿着磁场方向取向；,抗磁质放到外磁场中时，它的分子要产生感生磁矩。,束缚电流（或磁化电流）：磁介质放到外磁场中时，在磁介质的表面出现一电流。,12,二、磁化强度,磁化强度：单位体积内分子磁矩的矢量和,实验给出：在一般实验条件下，各向同性的顺磁质或抗磁质（以及铁磁质在磁场较弱时）的磁化强度都和外磁场成正比，即,：真空磁导率,：相对磁导率,：磁导率，单位与相同,磁化强度越强，说明磁介质磁化程度越强,(A/m),13,三、磁化强度与束缚电流,dl,L,只有环绕曲线L的分子电流才对通过曲面S的电流强度I有贡献。先计算环绕dl的分子电流对I的贡献。以dl为母线作一斜圆柱体，其两底与分子电流所在平面平行，底的半径等于分子电流的半径a。只有中心处在该斜圆柱体的分子电流才环绕dl，,S,闭合路径L包围（通过曲面S）的总束缚电流：,以n表示单位体积的分子数,14,14.4磁介质中的安培环路定理,磁场强度,稳恒磁场、磁介质中的安培环路定理,磁介质中的安培环路定理：,磁场强度沿任何闭合回路的线积分，等于该回路所包围的自由电流的代数和。,15,磁介质的磁化率,和关系的进一步推导：,16,说明,1、在国际单位制中，磁场强度的单位为A/m。,2、引入磁场强度后，安培环路定律的右边只包含自由电流，便于计算。,3、磁场强度仅仅是一个辅助量，真正有意义的是磁感应强度。,讨论：,实验表明，在各向同性均匀磁介质中，和成正比。,17,例14.1同轴电缆由两同心导体组成，内层是半径为R1的导体圆柱，外层是半径分别为R2、R3的导体圆筒。两导体内电流等量而反向，均匀分布在横截面上，导体的相对磁导率为r1，两导体间充满相对磁导率为r2的不导电的均匀磁介质。试求在各区域中的B分布。,解：由安培环路定理，取半径为r的环路，则：,18,例14.2一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为r的均匀介质。导线内通电流I，求管内磁感应强度。,解:,19,14.5铁磁质,一、磁化曲线二、磁滞回线三、铁磁质的宏观性质四、铁磁性材料五、铁磁质的微观结构磁畴,20,铁、钴、镍和它们的一些合金、稀土族金属（在低温下）等具有明显而特殊的磁性：它们的相对磁导率都比较大，且随B的大小而变化。都有明显的磁滞效应。,I,由,求出H，,再由其他方法测出B，,做B-H(或M-H)曲线,21,一、磁化曲线（B或M随H变化的曲线）,BH和rH曲线是非线性关系,max饱和磁感强度,r=B/0H,从试样完全没有磁化开始，逐渐增大H，做出的H曲线叫初始磁化曲线,22,当铁磁质到达饱和后，慢慢减小H值，B并不沿最初磁化曲线逐惭减小，即铁磁质的磁化过程并不是可逆的。,从此曲线看，B的变化总落后于H的变化，这种现象叫磁滞效应。,注意：各种铁磁质都有一临界温度，称居里点（居里温度），在这温度以上的铁磁质失去铁磁性变为顺磁质。,二、磁滞回线,23,退磁方法：,3.加交变衰减的磁场,使介质中的磁场逐渐衰减为0，应用在录音机中的交流抹音磁头中。,1.升高温度，达到居里温度以上。,2.加反向磁场：提供矫顽力。,4.敲击法：通过振动提供使磁畴瓦解的能量。,24,三、铁磁质的宏观性质,1.可使原磁场大幅度增加,2.与磁化历史有关B-H非线性,3.磁滞现象,4.居里温度,四、铁磁性材料,软磁材料：,易于磁化，易于退磁，制作电磁铁，变压器,硬磁材料：,大，Bmax大，Hc小，磁滞回线窄,Br大，Hc大，磁滞回线宽，制作永磁体,25,电子的自旋磁矩在一些小区域自发的整齐排列，形成自发磁化的小区域，称为磁畴。线度在10-4m。,无,整个铁磁质的总磁矩为零,（未经磁化的铁磁质）,五、铁磁质的微观结构磁畴,26,磁化方向与,有,同向的磁畴扩大,磁化方向转向,的方向,27,导体半导体绝缘体,铁磁质顺磁质抗磁质,电介质：极化,无磁荷,辅助量,辅助量,I0,Q0,磁介质：磁化,磁场与电场比较,基本场量,有电荷,基本场量,28,磁路：由铁心（或一定的间隙）构成的磁感线集中的通路。,14.6简单磁路,29,例14.3如图示铁环，设环的长度为l=0.5m，s=410-4m2，环的间隙宽度为1.0mm，环上绕有线圈N=200匝，线圈中的电流为0.5A，铁心的r=5000，求间隙处的B数值。解：忽略漏磁通，铁心各截面的磁通相等,由于间隙宽度很小，仍可认为磁通集中在面积S内，,做一条沿环轴线的回路，应用磁场强度H的环路定理,30,31,完成作业：3.9-9，3.9-10，3.9-11,课下认真研究教材中有关例题。,谢谢大家,
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