第17章磁场中的磁介质.

1§17.1磁介质对磁场的影响§17.2原子的磁矩§17.3磁介质的磁化§17.4H的环路定理§17.5铁磁质第17章磁场中的磁介质(magneticmediuminmagneticfield)21.磁介质:能影响磁场的物质称磁介质。2.磁化:磁介质在磁场中呈现磁性的现象。§17.1磁介质对磁场的影响磁介质发生磁化，产生附加磁场B’NSBoB’BBo外场B’附加场B磁介质中的场'0BBB实验发现：磁介质中的磁感应强度：orBB称磁介质的相对磁导率r称磁介质的绝对磁导率or注意：r只与磁介质的种类有关。3.磁介质分类:顺磁质抗磁质铁磁质111rrr弱磁质3磁介质由大量分子或原子组成分子内电子绕核旋转分子电流ii磁矩m=iSenm0m无外场Bo时，分子的磁矩排列杂乱无章，有外场Bo时，分子磁矩沿外场转向，分子磁矩的矢量和0m介质内分子磁矩的矢量和Bo§17.3磁介质的磁化§17.2原子的磁矩4从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向。等效分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流Is，Is产生附加磁场B’。IsBo⊙BoB’Is→B’影响磁场→磁化电流Is可产生附加磁场B’，但无热效应，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，因此，磁化电流也称为束缚电流。'0BBB5一、问题的提出在真空中的安培环路定理中：IμldB0将其应用在磁介质中时，I为所有电流的代数和；)I(IμldBsc0如果求B需用磁化电流Is，不方便求。§17-4.磁介质中安培环路定理二、磁介质中的安培环路定理磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路所包围的传导(自由）电流的代数和。cIldH定义r0BH----磁场强度6①.H是为消除磁化电流的影响而引入的，它是一个辅助物理量。几点说明②.若磁场强度的单位安培/米，A/m0ldH不一定环路上各点的H为0，因为H是环路内、外电流共同产生的。③.若0ldH不一定环路内无电流。BBH0rcIldHχm-----磁化率mr1④7三、应用介质中安培环路定理解题方法1.场对称性分析；2.选取环路；3.求环路内传导电流的代数和Ic；cIldH4.由cIldH求H；由HB0r求B；8解：由螺线管的磁场分布可知，管内的场各处均匀一致，管外的场为0；IBRHr作abcda矩形回路，回路内的传导电流代数和为：IabnIcdacdbcabldHldHldHldH在环路上应用介质中的环路定理：ldHabcd例题: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的均匀磁介质。导线圈内通电流I，求管内磁感应强度。9IBRHrabcd000abldHabHdlcosIabnIabHcnIH有abHabdlHnIHBrr00dacdbcabldHldHldHldHldH10一、磁介质的磁化曲线不同磁介质的磁化曲线不同45抗磁介质铁磁介质顺磁介质B)(00BHoHBr0§17-5铁磁质顺磁介质与抗磁介质的B与H具有线性关系，磁化曲线为直线，铁磁质B与H无线性关系，磁化曲线为曲线。二、铁磁质的特性1.非线性:B和H不是线性关系。磁导率μ不是一个常量，2.高μ值:有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强μrH11三、铁磁介质的磁化机制磁畴铁磁质内存在许多自发磁化的小区域，称为磁畴。磁畴的大小、形状不一，磁畴的体积约为10-12m3。在无外磁场时，各磁畴排列杂乱无章，铁磁质不显磁性；在外磁场中，各磁畴沿外场转向，介质内部的磁场迅速增加，在铁磁质充磁过程中伴随着发声、发热。Bo12随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加的速度变慢，最后外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到磁饱和状态。磁饱和状态HBoabcd起始磁化曲线13四、磁滞回线观察当外磁场变化一个周期时，铁磁质内部的磁场变化曲线；起始磁化曲线为OCBHOC当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化——磁滞现象。当外磁场为0时，介质中的磁场并不为0，有一剩磁Br;矫顽力——加反向磁场Hc，使介质内部的磁场为0，继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。磁化曲线形成一条磁滞回线。Br-HcHc14五、铁磁材料分类1.软磁材料磁滞回线细长，剩磁很小。BHo如：软铁、坡莫合金、铁镍合金等。由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。2.硬磁性材料磁滞回线较粗，剩磁很大，这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。BHo如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中的磁控管等。153.非金属氧化物----铁氧体磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，剩磁接近于磁饱合磁感应强度，具有高磁导率、高电阻率。BHo它是由Fe2O3和其他二价的金属氧化物等粉末混合烧结而成。应用：作计算机中的记忆元件磁化时极性的反转构成了“0”与“1”16六、退磁方法1.加热法当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，该温度为居里温度tc。当温度低于tc时，又由顺磁质转变为铁磁质。铁的居里温度tc=770°C；30%的坡莫合金居里温度tc=70°C利用铁磁质具有居里温度的特点，可将其制作温控元件，如电饭锅自动控温。原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。2.敲击法通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。174.加交变衰减的磁场BHoctHo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。3.加反向磁场加反向磁场，提供一个矫顽力Hc,使铁磁质退磁。18磁场小结191.磁场的计算1)毕奥---萨伐尔定律204relIdBdr2)电流产生磁场204relIdBdBr3)安培环路定理ilIldB04)运动电荷产生的磁场204reqBr2.磁通量smSdB实际应用时用分量计算xxdBByydBB203.磁场方程1)磁场高斯定理SSdB0(稳恒磁场无源)2)安培环路定理liIldB0(稳恒磁场有旋)4.载流线圈的磁矩neNISm5.电磁相互作用1)安培定律BlIdFd2)磁场对载流导线的安培力lBlIdF3)磁场对载流线圈的作用力矩BmMISn4)磁场对运动电荷的洛仑兹力BqFm211.直电流的磁场aP12IB)cos(cos4210aIB•无限长载流直导线aIB20•直导线延长线上0B本章一些重要的结论222.圆电流轴线上某点的磁场2322202)xR(IRB方向：右手螺旋法则大小：(1)载流圆环圆心处的BRIB20(2)载流圆弧圆心角RIRIB42200RxIPx233.长直载流螺线管外内00nIB5.环行载流螺线管外内020rNIB2121RRRR、nIB012RNn4.无限大载流导体薄板20iB板上下两侧为均匀磁场.........dabc241．哪一幅曲线图能确切描述载流圆线圈在其轴线上任意点所产生的B随x的变化关系？（x坐标轴垂直于圆线圈平面，原点在圆线圈中心o）[C]BxABECDo电流BBBB习题252.取一闭合积分回路L，使三根载流导线穿过它所围成的面．现改变三根导线之间的相互间隔，但不越出积分回路，则[B](A)回路L内的I不变，L上各点的B不变．(B)回路L内的I不变，L上各点的B改变.(C)回路L内的I改变，L上各点的B不变.(D)回路L内的I改变，L上各点的B改变.3.边长为l的正方形线圈中通有电流,此线圈在A点（见图）产生的磁感应强度B为I22)B(0lI42A)(0l22)C(0Il以上都不对(D)AII[A]264．一载有电流I的细导线分别均匀密绕在半径为R和r的长直圆筒上形成两个螺线管(R=2r)，两螺线管单位长度上的匝数相等．两螺线管中的磁感应强度大小BR和Br应满足：.2)A(rRBB.)B(rRBB.2)C(rRBB.4)D(rRBB[B]275.如图，边长为a的正方形的的四个角上固定有四个电量均为q的点电荷.此正方形以角速度w绕AC轴旋转时,在中心点o产生的磁感应强度大小为B1;此正方形同样以角速度w绕过点o垂直与正方形平面的轴旋转时,在点o产生的磁感应强度的大小为B2,则B1与B2间的关系为:AqoqqqC.(A)B1=B2(B)B1=2B2(C)B1=B2/2(D)B1=B2/4.[C]286.一铜条置于均匀磁场中，铜条中电子流的方向如图所示.试问下述那种情况将会发生?[A]abB(A)在铜条上a、b两点产生电势差,且UaUb.(B)在铜条上a、b两点产生电势差,且UaUb.(C)在铜条上产生涡流.(D)电子受到洛仑兹力而加速.297..如图，长载流导线ab和cd相互垂直，它们相距l，ab固定不动，cd能绕中点O转动，并能靠近或离开ab．当电流方向如图所示时，导线cd将(A)顺时针转动同时离开ab．(B)顺时针转动同时靠近ab．(C)逆时针转动同时离开ab．(D)逆时针转动同时靠近ab．[D]abcdIIO308.两半径为R的相同导体细圆环,互相垂直放置,且两接触点A、B连线为环的直径,现有电流1沿AB连线方向由A端流入,再由B端流出,则环中心处的磁感应强度大小为:[A](A)0(C)R420(B)R40(D)R02(E)R820AoB319.一半径为R2带电薄圆盘,其中半径为R1的阴影部分均匀带正电荷,面电荷密度为+,其余部分均匀带负电荷,面电荷密度为–,当圆盘以角速度w旋转时,测得圆盘中心点o的磁感应强度为零,问R1与R2满足什么关系？1R2Ro解：当带电圆盘转动时,可看作无数个圆电流的磁场在o点的迭加,半径为r,宽为dr的圆电流dI=2rdrw/2=rdrw磁场dB=0dI/2r=0wR/2阴影部分产生的磁场感应强度为10021RdrBw其余部分：)RR(drBRR2112002121ww210RwBB已知：122RR则有rdr3210.有两个半径相同的圆环形载流导线A、B，它们可以自由转动和移动，把它们放在相互垂直的位置上，如图所示，将发生以下哪一种运动（A）A、B均发生转动和平动，最后两线圈电流同方向并紧靠一起。（B）A不动，B在磁力作用下发生转动和平动。ABII（C）A、B都在运动，但运动的趋势不能确定。（D）A和B都在转动，但不平动，最后两线圈磁矩同方向平行。[A]