大学物理下册课件

1、 r 称磁介质的相对磁导率称磁介质的相对磁导率只与磁介质的种类有关。只与磁介质的种类有关。=1抗磁质抗磁质汞、铜汞、铜1顺磁质顺磁质 氧、铝氧、铝1铁磁质铁磁质铁铁B0IBI实验发现实验发现rBB 01 10-5103一、一、介质对磁场的影响介质对磁场的影响第十一章第十一章II 磁介质中的磁场磁介质中的磁场二二. .磁介质磁化的微观机制磁介质磁化的微观机制1.1.分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩分子或原子中各个电子对外界产生磁效应的总和可分子或原子中各个电子对外界产生磁效应的总和可用一个等效的圆电流表示，称为分子电流。用一个等效的圆电流表示，称为分子电流。相应的磁矩称为分子磁矩，用相应的磁

2、矩称为分子磁矩，用 表示表示P2.2.电子的进动与附加磁矩电子的进动与附加磁矩 在外磁场的作用下，与电子运动相应的磁矩将受在外磁场的作用下，与电子运动相应的磁矩将受到磁力矩的作用，于是到磁力矩的作用，于是 （或电子磁矩）将以外磁（或电子磁矩）将以外磁场方向为轴线作转动，我们称为电子的进动。场方向为轴线作转动，我们称为电子的进动。L可以证明，电子角动量进动的转向总是和外磁场的方向构成右手螺旋关可以证明，电子角动量进动的转向总是和外磁场的方向构成右手螺旋关系系电子进动也相当于圆电流，因为电子带负电，电子进动也相当于圆电流，因为电子带负电，其相应的磁矩方向永远与其相应的磁矩方向永远与外磁场的方向相反

3、外磁场的方向相反。原子或分子中各个电子因进动而产生的等效电流的磁矩的总和称为附原子或分子中各个电子因进动而产生的等效电流的磁矩的总和称为附加磁矩加磁矩P抗磁质中，每个分子磁矩均为零，仅在外磁场作用抗磁质中，每个分子磁矩均为零，仅在外磁场作用下才有附加磁矩，下才有附加磁矩，3.3.抗磁质与顺磁质的磁化抗磁质与顺磁质的磁化( (类似于无极分子类似于无极分子) )0BB 顺磁质中，每个分子的磁矩不为零，且比附加磁矩顺磁质中，每个分子的磁矩不为零，且比附加磁矩大很多。在外磁场中，所有分子磁矩沿外磁场方向大很多。在外磁场中，所有分子磁矩沿外磁场方向排列，排列，0BB ( (类似于有极分子类似于有极分子)

4、 )磁化强度磁化强度 磁化电流磁化电流一一. .磁化强度磁化强度M单位：单位：A/顺磁质中，顺磁质中， 与与 方向相同方向相同M0B抗磁质中，抗磁质中， 与与 方向相反方向相反M0B若介质中各点若介质中各点 相同称磁介质被相同称磁介质被均匀磁化均匀磁化MVppMmm 今以今以“无限长无限长”载流直螺线管内充满均匀载流直螺线管内充满均匀(顺顺)磁介质为例磁介质为例二二.磁化电流：磁化电流：被均匀磁化的介质内任一截面，未被抵消的分子被均匀磁化的介质内任一截面，未被抵消的分子电流沿着柱面流动电流沿着柱面流动安培表面电流安培表面电流（或叫（或叫磁化磁化面电流面电流）。）。设设为圆柱形磁介质表面上为圆柱

5、形磁介质表面上“单位长度的磁化单位长度的磁化面电流面电流”，在长度为在长度为l的一段磁介质上，其表面电流为的一段磁介质上，其表面电流为Il在这段磁介质总体积中的磁矩为在这段磁介质总体积中的磁矩为SlSIPSSSSSlSlVPM一般情况一般情况:StM 为介质表面法线方向的单位矢量。为介质表面法线方向的单位矢量。n矢量式矢量式:MS今计算今计算 对闭合回路的线积分对闭合回路的线积分M（任何情况下都普遍适用的关系式）（任何情况下都普遍适用的关系式）ssM dljlIBAM dlM dlM ABMl磁介质中的磁场磁介质中的磁场 磁场强度磁场强度一一. 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理

6、引入磁场强度引入磁场强度1 A/41010 3O( (普遍式普遍式) )单位单位 : : A / ； 奥斯特（奥斯特（O）1.1.有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理对于对于 矢量也可引入矢量也可引入 线描述磁场的分布线描述磁场的分布00()()sLLB dlIIIM dl0()LBMdlI0BHMHH有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理该式表明：该式表明： 的环流只和的环流只和传导电流传导电流有关有关,在磁场分布具有某在磁场分布具有某种对称的情况下，可以方便地处理有磁介质时的磁场问题。种对称的情况下，可以方便地处理有磁介质时的磁场问题。2.2.磁化率和磁导率磁化率和磁

7、导率对对各向同性各向同性的磁介质：的磁介质：磁化率，只与磁介质的性质有关磁化率，只与磁介质的性质有关0,0mm抗磁质：顺磁质：LH dlIHmMHm真空中真空中令相对磁导率令相对磁导率磁导率：磁导率：1, 1rr抗磁质：顺磁质：000(1)mmBHHH1rm 1r0rBHH 0r 二二 安培环路定理的应用安培环路定理的应用I解解: 本题具有本题具有轴对称性轴对称性, 如图选取环路如图选取环路.例例 电缆的芯是一根半径为电缆的芯是一根半径为 R 的金属导体的金属导体,它和导电外壁它和导电外壁 之间充满之间充满相对磁导率为相对磁导率为 的均匀介质的均匀介质.电流均匀地流电流均匀地流 过芯的横截面并

8、沿外过芯的横截面并沿外壁流回壁流回. 求介质中磁感应强度的分布。求介质中磁感应强度的分布。rIrHldHL2rIH2rIHBr20铁磁质铁磁质 一一、基本特点、基本特点1 1、10rBB 2 2、Br 有关；有关；3 3、磁滞效应；、磁滞效应；4 4、超过居里温度变为顺磁质；、超过居里温度变为顺磁质；5 5、有饱和状态、有饱和状态 。rNIH 2 IH1 1、磁化曲线、磁化曲线二、磁化曲线与磁滞回线二、磁化曲线与磁滞回线由实验测量由实验测量B 和和 I ，得，得 B H 曲线。曲线。铁磁质铁磁质顺、抗磁质顺、抗磁质2 2、磁滞回线和材料的磁性、磁滞回线和材料的磁性磁滞回线所围的面积与磁化能量成

9、正比。磁滞回线所围的面积与磁化能量成正比。软磁材料软磁材料如：铁为如：铁为 1040K，钴为，钴为 1390K， 镍为镍为 630K每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。性。这温度叫这温度叫临界温度临界温度，或称铁磁质的，或称铁磁质的居里点居里点。不同铁磁质具有不同的转变温度不同铁磁质具有不同的转变温度 铁磁质的应用铁磁质的应用* 作变压器的作变压器的软磁材料。软磁材料。纯铁，硅钢坡莫合金纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。，铁氧

10、体等。 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，饱和磁感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，磁滞小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（回线的面积窄而长，损耗小（HdB面积小）。面积小）。cHcH还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。还用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。HB* 作永久磁铁的作永久磁铁的硬磁材料硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金* 作存储元件的作存储元件的矩磁材料矩磁材料Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。用于不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件记忆元件，当，当+脉冲产生脉冲产生HH

11、C使使磁芯呈磁芯呈+B态，则态，则脉冲产生脉冲产生H102A/m)，剩磁剩磁Br大大磁滞回线磁滞回线的面积大，损耗大。的面积大，损耗大。还用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。还用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体CH CHHBCHCH HB(3) (3) 磁畴磁畴单晶磁畴结构示意图多晶磁畴结构示意图 在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个这个相互作用促使相邻原子中电子的自