第5章磁介质中的恒定磁场

1、第 5章磁介质中的恒定磁场静止电荷之间存在相互作用， 它是通过电场完成的。 静止电荷在它周围将激发电场，该电场对另外的静止电荷产生作用力，叫电场力。运动电荷之间存在运动产生的相互作用，它是通过磁场完成的。运动电荷在它周围将激发磁场， 该磁场对另外的静止电荷不产生作用力，而对另外的运动电荷将产生作用力， 叫磁场力。磁场用磁感应强度和磁场强度描写， 它们也都是空间位置的函数。电荷在导体中作恒定流动 (恒定电流 )时在它周围所激发的磁场不随时间而变化，是一个恒定场，叫恒定磁场。5-1磁介质的磁化1. 磁介质磁介质：能够改变外加磁感应强度B0 分布的介质叫磁介质；磁介质的磁化：在外加磁感应强度B0 的

2、作用下，磁介质内部状态发生改变叫磁介质的磁化；磁介质的附加磁感应强度： 磁化的磁介质能够激发磁感应强度B ，这个磁感应强度叫磁介质的附加磁感应强度；磁介质中的磁感应强度： 磁介质中的磁感应强度是外加磁感应强度 B0 与磁介质的附加磁感应强度 B 之和BB0B顺磁质：使 BB0 的磁介质叫顺磁质，顺磁质激发的附加磁感应强度 B 与加磁感应强度B0 的方向基本一致：锰、 铬、铂、氮等。抗磁质：使 BB0 的磁介质叫抗磁质，抗磁质激发的附加磁感应强度 B 与加磁感应强度B0 的方向基本相反：水银、铜、铋、氯、氢、银、金、锌、铅等。铁磁质：使 BB0 的磁介质叫铁磁质， 铁磁质激发的附加磁感应强度 B

3、 与加磁感应强度B0 的方向基本一致且大于B0 ：铁、镍、钴等磁介质磁性的测试方法：细 线不均匀强磁场磁N介S质顺磁质，向强场移动抗磁质，向弱场移动铁磁质，向强场剧烈移2. 分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩pm ：分子或原子中的所有电子的运动可以等效为一个园电流， 这个电流叫分子电流， 分子电流的磁矩叫分子磁矩。I等效等效分子pm分子磁矩分子电流分子角动量 L ：分子或原子中的所有电子的运动也可以等效为一个具有一定质量和一定负电荷的粒子的高速圆周运动，这个圆周运动的角动量叫分子角动量；分子等效等效L分子角动量圆周运动的带电粒子分子磁矩pm 与分子角动量L 各自是独立的，分子磁矩pm 无分子

4、角动量 L 效应，分子角动量L 无分子磁矩pm 效应，这是一种逻辑分离；分子的附加进动磁矩pm1 ：分子在外磁场 B0 中时，具有分子角动量 L 的带负电荷等效粒子的将产生进动，使带负电荷产生了附加进动磁矩pm1 ，附加进动磁矩pm1 总是与外磁场 B0 反向。pm1-q,m,vL 的进动LB0分子的附加取向磁矩 pm 2 ：分子在外磁场 B0 中时，分子磁矩 pm 将产生转动，使分子磁矩 pm 产生了附加取向磁矩 pm2 ，附加取向磁矩 pm 2 总是与外磁场 B0 同向。pmpm 2pm 的转动B0分子外磁场 B0 中的分子磁矩变成 :pmpmpm1pm2磁介质在无外磁场B0 时的分子总磁

5、矩：体积V 中有大量的分子磁矩 pm ，由于热运动，这些分子磁矩之和为零：pm0磁介质有外磁场B0 时的分子总磁矩：由于热运动，体积V 中有大量的分子磁矩pm ，由于有与热运动无关的附加磁矩，所以这些分子磁矩之和不为零：pmpmpm1pm2pm1pm23. 抗磁质的磁化抗磁质的分子电流的分子磁矩pm0 。由于抗磁质分子电流的分子磁矩pm0 ，它在有外磁场B0 中时，只产生附加进动磁矩pm1 ，不产生附加取向磁矩pm2 ，因此体积V 中的分子磁矩pm之和与外磁场B0 反向，磁化表现为抗磁特性：pmpm1 与外磁场 B0 反向4. 顺磁质的磁化顺磁质的分子电流的分子磁矩pm0 ；由于抗磁质分子电流

6、的分子磁矩pm0 ，它在有外磁场B0中时，不但产生附加进动磁矩pm1 ，也产生附加取向磁矩pm 2，并且一般附加取向磁矩pm 2 比附加进动磁矩pm1 大，因此体积V 中的分子磁矩 pm 之和与外磁场 B0 反向，磁化表现为抗磁特性：pmpm1pm2 与外磁场 B0 同向5-2磁化强度和磁化电流1. 磁化强度：磁化强度定义：pmMV磁化强度单位：A / m ；磁介质磁化后在空间任何一点的磁化强度都一样时叫均匀磁化反之叫非均匀磁化；抗磁质的磁化强度 M 与外磁场 B0 反向，它激发的附加磁场 B 也与外磁场 B0 反向；顺磁质的磁化强度M 与外磁场 B0 同向，它激发的附加磁场B也与外磁场 B0

7、 同向；。2. 磁化电流：磁化面电流密度：VSlIlpmISe?Ml Se?MSle?MV e?MpmV?MeMVVeMMe?nM(e?nP )MenlS磁化体电流密度：Jl 221l 2Sl1l22121M 2M 1l1××M 2M 1l1MMl 2l1l1l1l1JMSl1 l 2l1JM（P）5-3磁介质中的磁场1. 磁介质中的安培环路定理磁化电流对安培环路定理的影响：Bdl0II0J JdSlSJMBdl0JMdS0J dSlSSM dSMdlSlBdl0JdS0MdllSlBdl0Mdl0JdSllSB0 Mdl0JdSlSBJ dSIM dll0S磁场强度：BH

8、M0单位： A/m磁介质中的安培环路定理HdlJ dSIlS2. 矢量 B、M、H的关系0SMdS基本关系：B0H0M线性磁介质中 M与 B 的关系：MkmB0线性磁介质中 M与 H的关系：B0H0MMkmBB0 M0km0M0 H0 Mkm0M0 M0 Hkm01 km M0 HkmMkmH1kmmkm ， k m1m1k mmMm H3. 线性磁介质的磁化率：Mm H （在对称均匀条件下： HB0）0m ：磁化率m0 ：顺磁质m0 ：抗磁质4. 线性磁介质的磁导率B0H0MMm HB0 H0m H0 1mH0r HHr1m：相对磁导率r 1 ：顺磁质r 1 ：抗磁质0 r ：绝对磁导率5.

9、 安培环路定律的应用例子：例 12-2 例 12-36. 磁场强度 H与外磁感应强度的关系：无磁介质螺绕环内的磁感应强度：B00 nI有磁介质螺绕环内的磁场强度和磁感应强度：HnIB0r H0r nI均匀磁介质重满整个磁场空间时候有关系：B00 nIB0HnI0BrB05-4铁磁质1. 铁磁质的特点铁磁质应用最广泛B 特别强，使得BB0BB0，rB10 2103；B0M 与 B不一定平行，m 不是常数，是H 的函数 - 非线性；M 滞后 B0( H ) 的变化，当外场回零（H0 ）时 M0 ；存在一个居里点温度，当温度高于居里点，为顺磁质，温度低居里点才是铁磁质。铁的居里点：1040K，镍的居

10、里点： 631K，钴居里点： 1388K。2. 磁化曲线测量方法：H,B,M 同方向且有 HB0 成立的装置设计0测量 HB0nI0测量 B计算 MB0H0MB0 HM0M-H曲线MM S饱和磁化强度C饱和部分B线性部分A初始部分HOB-H 曲线和-H 曲线B0HM HBM HH01HBBHO3. 磁滞回线磁滞回线BBS 饱和Br 剩磁-H S-HC 矫顽力HHCHS-Br磁滞回线-BS剩磁：外磁场撤去，铁磁质还具有磁性。矫顽力：矫顽力越大，退磁越难磁滞损耗：磁滞回线面积越大，磁滞损耗越大4. 软磁材料矫顽力小，退磁容易磁滞回线面积小，磁滞损耗小。适合于制造变压器、继电器、电磁铁等电器设备。B

11、H5. 磁材料矫顽力大，退磁难剩磁大：外磁场撤去，铁磁质还具很强的磁性。适合于制造永久磁铁等设备B。H6. 磁畴磁畴：相邻铁原子中的电子之间交换耦合使得各个电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，它叫做磁畴。没有外场下磁畴的排列： 磁畴各方向排列， 达到能量最小的稳定状态，整体无磁性。单晶多晶有外场下磁畴的排列：磁畴磁矩方向与H 方向大致相同的，磁畴体积随H 的增加而增大。磁畴磁矩方向与H 方向大致相反的，磁畴体积随H 的增加而减小。所有磁畴磁矩方向与H方向都大致相同，磁畴体积不变。磁畴磁矩方向趋向H 方向转动，并随H 增加最后全部同相于 H方向，达到饱和。HH 逐

12、渐增加使铁磁质的磁化过程撤去外场下磁畴的排列： 撤去外场由于磁畴之间的摩擦力而不能恢复原来状态，从而产生剩磁。高温和振动具有消磁作用： 分子热运动和振动可以瓦解磁畴的形成，温度达到居里点时候，所有磁畴全部被瓦解，铁磁质变成顺磁质。5-5习题12-1 ，12-6 ，12-10 ，12-13 ，出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂， 今天下三分， 益州疲弊， 此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者，

13、宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。“能 ”，是以众议举宠为督：亲贤臣， 远小人， 此先汉所以兴隆也； 亲小人， 远贤臣， 此后汉所以倾颓也。 先帝在时，每与臣论此事， 未尝不叹息痛恨于桓、 灵也。 侍中、尚书、 长史、 参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。后值倾覆，受任于败军之际，奉命于危难之间，尔来二十有一年矣。先帝知臣谨慎，故临崩寄臣以大事也。受命以来，夙