第12章磁介质中的恒定磁场.

磁介质中的恒定磁场2019/12/20第12章磁介质中的恒定磁场12.1磁介质及其磁化12.2磁介质中的高斯定理和安培环路定理12.3铁磁质内容提要磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.1磁介质及其磁化12.1.1磁介质及其分类1.磁介质——任何实物都是磁介质0E'0EEE电介质放入外场0EE磁介质放入外场0BrBB0r——相对磁导率反映磁介质对原磁场的影响程度如：真空螺线管的磁场：nIB00则，介质螺线管的磁场：nIBBr00r令r0——磁导率磁介质中的恒定磁场2019/12/202.磁介质的分类顺磁质抗磁质1r减弱原场0BB1r增强原场0BB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)10~10(421r通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质——强磁性物质超导材料r=0B=0完全抗磁性磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.1.2分子磁矩和分子附加磁矩原子中电子的轨道磁矩LmePl2电子的自旋磁矩SmePs电子自旋磁矩与轨道磁矩有相同的数量级1.分子磁矩——所有电子磁矩的总和immiPP抗磁质0mP无外场作用时,对外也不显磁性顺磁质0mP无外场作用时,由于热运动,对外不显磁性0,0mmPP0,0mmPP磁介质中的恒定磁场2019/12/202.分子附加磁矩evmPr0BffomP电子轨道半径不变)(mPmP当外场方向与分子磁矩方向相反时emPr0BfomPfmP)(mP当外场方向与分子磁矩方向相同时在外场作用下，电子产生附加的转动，从而形成附加磁矩，附加磁矩总是与外场方向相反，即产生一个与外场反向的附加磁场.mP'B0B结论磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.1.3顺磁质和抗磁质的磁化0B将顺磁质放入外场0B分子环流在外场作用下，产生取向转动，磁矩将转向外场方向——宏观上产生附加磁场.'1B'1B1.顺磁质磁化在外场作用下，分子磁矩要转向，同时每个分子中的所有电子也都产生附加磁矩''1BB21BBB则磁介质产生附加磁场:'1B与外场方向相同mP磁介质中的恒定磁场2019/12/202.抗磁质磁化在外场作用下，每个分子中的所有电子都产生附加磁矩mP''BB则磁介质产生附加磁场:与外场方向相反12.1.4磁化强度矢量与磁化电流——反映磁化程度强弱的物理量.定义：磁化强度为单位体积内分子磁矩的矢量和.VPPMmm0Vlim单位：安培·米-11.磁化强度磁介质中的恒定磁场2019/12/202.磁化电流0B以无限长螺线管为例顺磁质0I0ISI在磁介质内部的任一小区域：相邻的分子环流的方向相反在磁介质表面处各点：分子环流未被抵消形成沿表面流动的面电流SI——磁化电流(1)介质中磁场由传导电流和磁化电流共同产生.说明(2)磁化电流是分子内电荷运动一段段接合而成,不同于传导电流的电荷定向运动,又称束缚电流,其磁效应与传导电流相当,但不产生热效应.磁介质中的恒定磁场2019/12/20LslMId可证明:磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.2磁介质中的高斯定理和安培环路定理12.2.1磁介质中的高斯定理'0BBB磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线.——磁介质中的高斯定理对于任意闭合曲面SSSBdSSSBSBd'd000dSSB磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.2.2磁介质中的安培环路定理顺磁质0ISIabcdiLIlB0d)(00SIILLlMIlBdd000用磁化强度描述磁化电流项000d)(IlMBL定义磁场强度MBH00dIlHL——磁介质的安培环路定理磁介质内磁场强度H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.表明：磁介质中的恒定磁场2019/12/20讨论对于各向同性磁介质，在外磁场不太强的情况下：HMm由MBH0)(0MHB)1(0Hm0HrHmr1介质相对磁导率r0介质磁导率0dIlHLHB在真空中：10rMHB0HMm——介质的磁化率磁介质中的恒定磁场2019/12/20一无限长载流直导线，其外包围一层磁介质，相对磁导率1r例：求：解：根据磁介质中的安培环路定理IrHlHL2drIH2/磁介质中的磁场强度和磁感应强度.r2R1RIrHrIHBrr200磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.3铁磁质12.3.1铁磁质的特点1.相对磁导率r1：一般可达102－104,最高可达106.2.非线性：B和H呈非线性关系,单值关系,非恒量.3.磁滞现象：B的变化落后于H的变化.4.存在居里点：临界温度时,失去铁磁性成为顺磁质.铁：Tc=1040K镍：Tc=631KHB~Hr~BHo磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.3.2铁磁质的起始磁化曲线磁滞回线实验：铁磁质芯的螺线管，通以电流I.nIH改变I，测量H值和B值，画出B—H曲线.Oa：起始磁化曲线Hs：饱和磁场强度Br：剩余磁感应强度Hc：矫顽力磁滞现象：磁感应强度B变化跟不上磁场强度H的变化.磁滞损耗：材料热效应大小与磁滞回线面积成正比.-HsHsOabcdefHBrBcH磁介质中的恒定磁场2019/12/20铁磁材料按磁滞回线分类BHOBHO软磁材料磁滞损耗小,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损耗较大,不易磁化,不易退磁,适合于制造永磁体BHO矩磁材料适合于制作记录磁带及计算机的记忆元件磁介质中的恒定磁场2019/12/2012.3.3磁畴B磁畴体积：10-12~10-8m3包含原子：1017~1021个铁磁质相邻原子间存在很强的交换耦合作用,使得无外场时电子自旋磁矩在微小区域内自发地平行排列,形成一个个小的自发磁化区,称为磁畴.磁介质中的恒定磁场2019/12/20铁磁质在外磁场中的磁化过程主要为畴壁的移动和磁畴内磁矩的转向.自发磁化方向逐渐转向外磁场方向（磁畴转向），直到所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列时，铁磁质就达到磁饱和状态.磁介质中的恒定磁场2019/12/20第12章磁介质中的恒定磁场12.1磁介质及其磁化12.2磁介质中的高斯定理和安培环路定理12.3铁磁质内容提要磁介质中的恒定磁场2019/12/201.磁介质的分类顺磁质抗磁质1r1r顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1.铁磁质)10~10(421r通常不是常数2.磁介质中的高斯定理0dSSB3.磁介质中的安培环路定理0dIlHLHB4.磁感强度与磁场强度的关系