第15章磁介质

1、磁场与介质相互作用本章内容1348,9,13,14P 了解了解磁介质的磁化现象及其微观解释磁介质的磁化现象及其微观解释. 理解理解磁化强度、磁化电流及磁场强度的概念，磁化强度、磁化电流及磁场强度的概念，了解了解在各向同性介质中在各向同性介质中H和和B的关系的关系, 了解了解有磁有磁介质存在时的安培环路定理及高斯定理，能运介质存在时的安培环路定理及高斯定理，能运用用有磁介质存在时的安培环路定理计算磁感应有磁介质存在时的安培环路定理计算磁感应强度强度B. 了解了解铁磁质的特性铁磁质的特性. 磁介质磁介质在磁场作用下会发生变化，又反过来影响磁场的物质叫磁介质。在磁场作用下会发生变化，又反过来影响磁场

2、的物质叫磁介质。BBB0介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度 磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度铁磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铁、钴、镍等）顺磁质顺磁质 （铝、氧、锰等）（铝、氧、锰等）1rB 0B与与同向，但同向，但0BB0BB（BB0），使之，使之B 0B与与反向，但反向，但0BB0BB，使之，使之（BB0）抗磁质抗磁质（铜、铋、氢等）（铜、铋、氢等）1rB 0B与与同向，但同向，但0BB0BB1r，使之，使之弱磁质弱磁质磁介质的分类磁介质的分类BBB00BBr 分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩 原子中的电子绕核运动和其本身的自旋都等效

3、于一电流原子中的电子绕核运动和其本身的自旋都等效于一电流分布，产生磁效应。分布，产生磁效应。 分子和原子中各个电子对外所产生磁分子和原子中各个电子对外所产生磁效应的总和，可用一等效的圆电流表示，效应的总和，可用一等效的圆电流表示，称称分子电流。分子电流。 一个分子内所有电子磁矩的叠加（按量子力学一个分子内所有电子磁矩的叠加（按量子力学的规则），称为的规则），称为分子磁矩分子磁矩。凡分子的固有磁矩不为。凡分子的固有磁矩不为零的原子或分子主要表现为顺磁性零的原子或分子主要表现为顺磁性;凡分子的固有凡分子的固有磁矩为零的原子或分子表现为抗磁性磁矩为零的原子或分子表现为抗磁性.ImpISn顺磁质磁化微

4、观机制0BBB无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩mpI0B有外磁场有外磁场sI抗磁质磁化微观机制qv0B0,B 同同向向时时qv0,B 反反向向时时0B无外磁场时抗磁质无外磁场时抗磁质分子磁矩为零分子磁矩为零 0mp0BBB抗磁质内磁场抗磁质内磁场FmpFmpmpmp抗磁质的磁化抗磁质的磁化 磁化强度磁化强度mpMV分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元1mA单位单位（安安/米米） 意义意义 磁介磁介质中单位体积内质中单位体积内分子的合磁矩分子的合磁矩.M M B 与与的方向一致；的方向一致；顺磁质被磁化后，顺磁质被磁化后， M B 与与的

5、方向相反。的方向相反。抗磁质被磁化后，抗磁质被磁化后，磁化电流 磁化电流磁化电流在均匀外磁场中，均匀的磁介质被磁化，未被抵消的分子电在均匀外磁场中，均匀的磁介质被磁化，未被抵消的分子电流沿着柱面流动，称为磁化面电流。流沿着柱面流动，称为磁化面电流。 磁化面电流密度磁化面电流密度磁化面电流线密度磁化面电流线密度 =在垂直于电流流动方向上在垂直于电流流动方向上单位长度的分子面电流。单位长度的分子面电流。j0BBsI描述磁介质磁化的两物理量描述磁介质磁化的两物理量 与与 之间的关系之间的关系 MsILsiIlMd磁化强度磁化强度M 沿任意闭合回路沿任意闭合回路L的线积分，等于穿过以该回路的线积分，等

6、于穿过以该回路为边界的任意曲面的总磁化电流。为边界的任意曲面的总磁化电流。一、磁介质中的安培环路定理一、磁介质中的安培环路定理)(d00 iisLIIlB 传导电流传导电流磁化电流磁化电流LsiIlMdiIlMBL00d)(MBH0令H式中式中 称为磁场强度称为磁场强度单位：单位：mALiIlH0d磁场强度磁场强度H 沿任意闭合回路沿任意闭合回路L的线积分（环量），等于穿过的线积分（环量），等于穿过以该回路为边界的任意曲面的传导电流的代数和。以该回路为边界的任意曲面的传导电流的代数和。磁场强度磁场强度的环流的环流H 的环流仅与传导电流的环流仅与传导电流 I0 有关有关,与介质无关。与介质无关。

7、二、在各向同性磁介质中二、在各向同性磁介质中实验指出：实验指出：HMm式中式中 是个单位为是个单位为1的量，的量，称为磁介质的称为磁介质的磁化率磁化率。mMBH0HMHB)1 (m000则rr0m1令磁导率磁导率HHBr0LiIlH0dlH dlI 的应用H3.计算的环流BH4.应用环路定理和1.对称性分析2.取安培环路主要步骤Ir1R 例例 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限长无限长”同同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的的磁介质磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流当两圆筒通有相反方向的电流 时，试时，试 求求（1）磁介质中任意

8、点）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的的磁感应强度的 大小大小;（2）圆柱体外面一点）圆柱体外面一点 Q 的的 磁感强度磁感强度.r1R2RI解解 对称性分析对称性分析21RrRIlHldIrH 2rIH2rIHBr20rI2R0,02HHr0HB0,1BRr同理可求同理可求21RrRrIBr202Rr 0IIlHldIr1RI2Rr应用高斯定理一、特点一、特点：1 相对磁导率相对磁导率 可达几百，甚至上千以上；可达几百，甚至上千以上；0BBr2 铁磁质的磁导率铁磁质的磁导率 (及磁化率及磁化率 )不是常量；不是常量；3 有明显的磁滞现象；有明显的磁滞现象；4 存在居里点。存在居里点。二、二、

9、磁磁 畴畴无外磁场无外磁场B有有外外磁磁场场在铁磁质内部，存在许多自发饱和的小区域（在铁磁质内部，存在许多自发饱和的小区域（10-8m3 )，称磁畴。称磁畴。三、磁化曲线三、磁化曲线BmaxB曲线HBMNPHOb 先闭合电键先闭合电键k，线圈中电流为，线圈中电流为 ，然后迅速断开电键然后迅速断开电键k，电流变为零。，电流变为零。I电流在电流在 时间内由时间内由 变为零，在探测线圈中将产生感应电变为零，在探测线圈中将产生感应电动势，有相应的感应电荷动势，有相应的感应电荷q 通过冲击电流计，通过计算可通过冲击电流计，通过计算可得线圈中电流为得线圈中电流为 时铁芯中的时铁芯中的B 值。值。tIIHm

10、axOa 当线圈中通有电流当线圈中通有电流 时，时，铁芯中的磁场强度铁芯中的磁场强度IrNIH2OM -B 随随H 线性变化线性变化 MN -B 随随H 非线性变化非线性变化 NP- B 随随H 增加趋饱和增加趋饱和四、四、 磁滞回线磁滞回线矫顽力矫顽力cH 由于磁滞，由于磁滞，当磁场强当磁场强度减小到零（即度减小到零（即 ）时，时，磁感强度磁感强度 ，而，而是仍有一定的数值是仍有一定的数值 ， 叫做剩余磁感强度叫做剩余磁感强度(剩磁剩磁).rB0H0BrB 当外磁场由当外磁场由 逐渐逐渐减小时，磁感强度减小时，磁感强度 B并不并不沿起始曲线沿起始曲线 OP 减小减小 ，而，而是沿是沿 PQ比较缓慢的减小，比较缓慢的减小，这种这种 B的变化落后于的变化落后于H的的变化的现象，叫