稳恒磁场磁介质

1、稳恒磁场磁介质稳恒磁场磁介质2. 顺磁质和抗磁质顺磁质和抗磁质实物的基本组成单元：分子、原子、电子实物的基本组成单元：分子、原子、电子+-电子运动：电子运动：绕核运动绕核运动圆电流圆电流轨道磁矩轨道磁矩 (1) 分子磁矩分子磁矩mm自旋运动自旋运动 自旋磁矩自旋磁矩Bm两种运动磁效应的总和两种运动磁效应的总和分子分子圆电流圆电流 自自轨轨分分子子mmm分子的固有磁矩分子的固有磁矩两类磁介质两类磁介质分子分子m 0顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质 = 0分子分子m分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩 mI无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化0B有外磁场有外磁场sI0BBB 顺磁质内磁场顺磁质内

2、磁场(2) 顺磁质的磁化顺磁质的磁化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 0m0BBB 抗磁质内磁场抗磁质内磁场qv0B0,B 同向同向时时Fmmqv0,B 反向反向时时0BFmm抗磁质的磁化抗磁质的磁化(3) 抗磁质的磁化抗磁质的磁化 处于外磁场时，电子受库伦力和洛仑兹力作用处于外磁场时，电子受库伦力和洛仑兹力作用讨论讨论1 顺磁性介质处在外磁场时，顺磁性介质处在外磁场时， 其体内磁场：其体内磁场：BBBo oBB oBB 抗磁性介质处在外磁场时，抗磁性介质处在外磁场时， 其体内磁场：其体内磁场：BBBo oBB oBB 2 介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有？介质中的抗

3、磁效应在顺磁介质中是否有？有！有！分分子子分分子子但但：mm 3 超导体是完全抗磁体超导体是完全抗磁体在外磁场中超导体内：在外磁场中超导体内：BBBo = 0VmM 式中式中 是体积是体积 V 内的分子磁矩或分子内的分子磁矩或分子感生磁矩的矢量和。感生磁矩的矢量和。 m单位为：单位为：A m-1。3. 磁化强度矢量磁化强度矢量 M为表征磁介质的极化状态，定义磁化强度矢量：为表征磁介质的极化状态，定义磁化强度矢量：在单位体积内分子磁矩的矢量和，以在单位体积内分子磁矩的矢量和，以 M 表示，即表示，即主要学习均匀磁化。主要学习均匀磁化。 介质磁化后介质磁化后, 磁介质内部分子磁矩磁介质内部分子磁矩

4、重新排列，内部分子电流总是相反，重新排列，内部分子电流总是相反，互相抵消，只在边缘形成近似环形互相抵消，只在边缘形成近似环形电流，称为磁化电流电流，称为磁化电流 I ，二二. 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理I 在圆柱形磁介质表面沿轴线方向在圆柱形磁介质表面沿轴线方向单位长度的磁化电流，称为磁化电单位长度的磁化电流，称为磁化电流面密度流面密度 Is。 假设磁介质被均匀磁假设磁介质被均匀磁化，则在长为化，则在长为L，截面积为，截面积为S的磁介的磁介质中质中ssILSLSIVmM 在磁介质内外横跨边缘处，在磁介质内外横跨边缘处，选择如图所示的选择如图所示的ABCD矩形矩形环路，其中环路

5、，其中AB = l。+I+DClABlIABMl dMsl 根据安培环路定理：根据安培环路定理： ilIlB0d )(00II 传导电流传导电流磁化电流磁化电流lIIs000 Lll dMIlB000d Lll dMIlB000d 00d)(IlMBL 有有引入辅助物理量引入辅助物理量MBH 0 磁场强度矢量磁场强度矢量在有磁介质的磁场中，沿任意闭合路径磁场强度的在有磁介质的磁场中，沿任意闭合路径磁场强度的线积分等于该路径所包围的传导电流的代数和。线积分等于该路径所包围的传导电流的代数和。物理意义物理意义 SI制中磁场强度制中磁场强度H 的单位：安培的单位：安培/米米(A/m)则有：则有： 0

6、Il dHL磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 实验表明：各向同性的磁介质和抗磁质，磁化实验表明：各向同性的磁介质和抗磁质，磁化强度与磁场强度成正比，即：强度与磁场强度成正比，即：令令 r = 1+ ，为磁介质的相对磁导率，则：，为磁介质的相对磁导率，则：B= 0 r H= H磁场强度和磁化强度的单位都是磁场强度和磁化强度的单位都是A m-1。 = 0 r 称为磁介质的绝对磁导率称为磁介质的绝对磁导率HB)1(0 注：真空中注：真空中 =0, r=1, = 0 , 于是于是B= 0 H HM 称为磁介质的磁化率称为磁介质的磁化率MBH 0 rIH20 II例例1：长直单芯电缆的芯是一

7、根半径为：长直单芯电缆的芯是一根半径为R1 的金属导体，的金属导体，它与外壁（它与外壁（R2）之间充满相对磁导率为）之间充满相对磁导率为 r的均匀磁介的均匀磁介质，电流质，电流I从芯流过再沿外壁流回。求介质中磁场分布从芯流过再沿外壁流回。求介质中磁场分布 0dIlHL解：根据电流分布的轴对称性，磁场解：根据电流分布的轴对称性，磁场分布是以中心线为轴的同心圆分布分布是以中心线为轴的同心圆分布选中心线为轴，半径为选中心线为轴，半径为r的圆为积分路径的圆为积分路径0 r R1HBRIrHrRII02122102 ，R1 r R20000 BHI，1. 磁磁 畴畴无外磁场无外磁场B有有外外磁磁场场三三

8、. 铁磁质铁磁质 磁畴：铁磁体内存在着无数个线度约为磁畴：铁磁体内存在着无数个线度约为10-4m的小区域，在每个的小区域，在每个 小区域内，所有原子的磁矩小区域内，所有原子的磁矩全都向着一个方向排列。全都向着一个方向排列。1 当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就 达到饱和状态。饱和状态时磁场强度很大达到饱和状态。饱和状态时磁场强度很大 这就是铁磁质磁性这就是铁磁质磁性 r大的原因。大的原因。说明：说明：2 当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则 排列。在临界温度（相变温度排列。在临界温度（相变温度Tc

9、 ）时，铁磁质完）时，铁磁质完 全变成了顺磁质。居里点全变成了顺磁质。居里点 Tc (Curie Point)如：铁为如：铁为 1040K，钴为，钴为 1390K， 镍为镍为 630K2. 磁化曲线磁化曲线装置装置：环形螺绕环，用铁磁质环形螺绕环，用铁磁质 充满环内空间。充满环内空间。RNIH 2 原理：根据安培定理原理：根据安培定理 由通有的传导电流得：由通有的传导电流得：RII实验测量实验测量B：HB 得出得出曲线曲线:HB磁滞效应磁滞效应1) 初始磁化曲线初始磁化曲线2) 剩磁剩磁Br饱和磁感应强度饱和磁感应强度Bm3) 矫顽力矫顽力Hc3. 铁磁质的磁滞回线铁磁质的磁滞回线BrBcH

10、HmBmB rB cH 铁磁质的磁化状态并不能由电流铁磁质的磁化状态并不能由电流I或或H值单值值单值确定，它还取决于该铁磁质此前的磁化历史。确定，它还取决于该铁磁质此前的磁化历史。4) 磁滞回线磁滞回线 5) 在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高 磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。不同的铁磁质的磁滞回线的形状不同，表示不同的铁磁质的磁滞回线的形状不同，表示它们各具有不同的剩磁和矫顽力它们各具有不同的剩磁和矫顽力Hc(2) 硬磁材料：硬磁材料：钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力矫顽力(Hc)大，剩磁大，剩磁Br大大磁滞回线的面积大，磁滞特性磁滞回线的面积大，磁滞特性非常显著。非常显著。适用于做永磁铁。适用于做永磁铁。BcH cHB特点：特点：(3) 矩磁铁氧体（磁性瓷）：矩磁铁氧体（磁性瓷）：HBO具有高磁导率和高电阻率具有高磁导率和高电阻率.常用于高频技术及计算机记常用于高频技术及计算机记忆元件。忆元件。特点：特点：5. 磁屏蔽磁屏蔽 把磁导率不同的两种把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，磁介质放到磁场中，在它们的交界