物质中的稳恒磁场

1、第九章第九章 物质中的稳恒磁场物质中的稳恒磁场9.1 9.1 磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响9.2 9.2 磁介质的磁化磁介质的磁化9.3 9.3 介质中的安培环路定理介质中的安培环路定理9.4 9.4 铁磁质铁磁质BBBo 介质的相对磁导率介质的相对磁导率顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质一、磁介质的分类一、磁介质的分类传导电流产生传导电流产生与介质有关的电流产生与介质有关的电流产生0BBr111rrr在介质均匀充满在介质均匀充满磁场的情况下磁场的情况下9.1 磁介质及其分类磁介质及其分类介质对场有影响介质对场有影响 总场是总场是磁介质：能够影响磁场的物质。磁介质：能够影响磁场的物质

2、。9.2磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化电流磁化电流1. 分子电流分子电流 分子磁矩分子磁矩 磁偶极子磁偶极子每个分子等效一个圆电流每个分子等效一个圆电流m圆电流的磁矩圆电流的磁矩nISm电子轨道运动的磁矩电子轨道运动的磁矩lm电子的自旋磁矩：电子的自旋磁矩：BmBlmmm00顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质磁畴磁畴铁磁质铁磁质线度为线度为10104 4m m分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩与所有核磁矩的矢量和旋磁矩与所有核磁矩的矢量和。1)顺磁性顺磁性( (只有顺磁质、铁磁质才具有顺磁性只有顺磁质、铁磁质才具有顺磁性) )2.磁化的微观解释磁化的微观解

3、释 V V无外磁场无外磁场有外磁场有外磁场B00BBB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mI0B有外磁场有外磁场sI顺磁质顺磁质:由于分子磁矩的取向一致，考虑由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们相对应的分子电流到它们相对应的分子电流 ，如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同如图，长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质，将被均匀磁化。性介质，将被均匀磁化。0B均匀磁场均匀磁场螺线管截面螺线管截面mI磁化电流磁化电流束缚电流（磁化电流）束缚电流（磁化电流）传导电流传导电流 自由电流自由电流顺磁质中的磁化电流产生的附加磁场顺磁质中的磁化电流产生的附加磁场的方

4、向与外磁场方向相同起到的方向与外磁场方向相同起到增强增强磁磁场的作用场的作用mlpLBBpMml电子附加一个与磁感电子附加一个与磁感强度相反的磁矩强度相反的磁矩mpmp2)抗磁性抗磁性( (所有介质均具有抗磁性所有介质均具有抗磁性) )可证明，在外磁场的作用下，分子会产生一个和外可证明，在外磁场的作用下，分子会产生一个和外磁场相反的感生磁矩。磁场相反的感生磁矩。感生磁矩比固有磁矩小得多感生磁矩比固有磁矩小得多抗磁质放到外磁场中，其分子产生感生磁矩，束缚抗磁质放到外磁场中，其分子产生感生磁矩，束缚电流产生的磁场和外磁场相反电流产生的磁场和外磁场相反三三.磁化强度磁化强度VmMii V(宏观小微观

5、大宏观小微观大)内内1.磁化强度磁化强度单位：单位：A/m一般实验条件下一般实验条件下,各向同性的磁介质的磁化强度与各向同性的磁介质的磁化强度与外磁场成正比外磁场成正比BMrr01 推导：推导：Lld i分分磁介质磁介质ldS分分M放大放大L所包住的磁化电流所包住的磁化电流)cos( lSinIdd分分coslM dlMdLlMId 则套住则套住 dl 的分子电流：的分子电流：设分子浓度为设分子浓度为 n，介质表面磁化电流密度：介质表面磁化电流密度：tMld选选lMIdd磁化面电流密度磁化面电流密度tSMlIjddnMjnMtMldSI dlMtd三、磁化强度三、磁化强度 1.磁化强度磁化强度

6、0limiVmMV2.磁化强度与磁化电流的关系磁化强度与磁化电流的关系LlMInMjd极化强度极化强度0limiiVpPVSsPqdnP 对比电介质对比电介质一、有介质时的环路定理一、有介质时的环路定理SLSBIlB）（）（内2 01 0dd真空真空考虑到磁化电流（考虑到磁化电流（1）式则需加以修正）式则需加以修正9.39.3有介质时的安培环路定理有介质时的安培环路定理设：设：I0 传导电流传导电流I 磁化电流磁化电流)(00内内IIlBLdlMILd000内磁磁介介质质I 内00)(IlMBLdMBH0定义定义I0L得：得：LIlH内0dH 的单位：的单位： A/m （ SI ）；）；MBH

7、0磁场强度磁场强度内00)(IlMBLd的环路定理的环路定理H内IlBL0 d真真空空考虑到磁化电流上式修正为考虑到磁化电流上式修正为iiLIl dH传导沿任一闭合路径沿任一闭合路径磁场强度磁场强度的环流等于该闭合的环流等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。路径所包围的自由电流的代数和。有介质时的环路定理有介质时的环路定理BMH二二. . 三者的关系三者的关系HBMo普遍普遍BMrr01BHor 各向同性各向同性磁介质磁介质代入代入HB真空：真空：00 BHM ，例例1 一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环， 密/安特43105210安匝/米In求：磁介质内的求：磁

8、介质内的, BH解：解：取回路如图，设总匝数为取回路如图，设总匝数为NrHlHL2dNInIrNIH2R1R2OrrRR21细螺绕环细螺绕环nIHB00rrnIB cbadB例例2：长直螺旋管内充满均匀：长直螺旋管内充满均匀磁介质磁介质( )，设励磁电流，设励磁电流 ，单，单位长度上的匝数为位长度上的匝数为 。求管内的。求管内的磁感应强度。磁感应强度。r0I解解：因管外磁场为零，取如图因管外磁场为零，取如图所示安培回路所示安培回路LLIl dH0nlIlH 0nIH 000nIHBrrnlIBr0rBrIH2例例3：长直单芯电缆的芯是一根半径为：长直单芯电缆的芯是一根半径为R 的金属导体，它与

9、外壁之间充满均匀磁的金属导体，它与外壁之间充满均匀磁介质，电流从芯流过再沿外壁流回。求介质，电流从芯流过再沿外壁流回。求介质中磁场分布。介质中磁场分布。LLIl dHrrIHBrr200方向沿圆的切线方向方向沿圆的切线方向BRIIr一、一、 铁磁质的宏观性质铁磁质的宏观性质1. r 1 可使原场大幅度增加可使原场大幅度增加2. r与磁化历史有关与磁化历史有关 B-H 非线性非线性装置装置HH rB)(TBr起始磁化曲线起始磁化曲线9.4 9.4 铁磁质铁磁质磁饱和状态磁饱和状态3. 磁滞现象磁滞现象rB- 剩磁剩磁cH- 矫顽力矫顽力BBr-BrHc-HcHabcdef磁滞回线磁滞回线铁磁质的

10、磁化状态铁磁质的磁化状态并不能由励磁电流并不能由励磁电流或或H单值的确定，单值的确定，它还取决于该铁磁它还取决于该铁磁质此前的磁化历史质此前的磁化历史4. 居里温度居里温度顺磁质顺磁质 居里点居里点铁铁 767 0C镍镍 357 0C磁滞损耗磁滞损耗 在交变电磁场中在交变电磁场中 铁磁质的反复磁化铁磁质的反复磁化将引起介质的发热将引起介质的发热 称为磁滞损耗称为磁滞损耗 实验和理论都可以证明实验和理论都可以证明 磁滞损耗和磁磁滞损耗和磁质回线所包围的面积成正比质回线所包围的面积成正比 BH 应用：硅钢片应用：硅钢片 作变压器、电机、电磁作变压器、电机、电磁铁的铁芯铁的铁芯 铁氧铁氧体（非金属）作体（非金属）作高频线圈的磁芯高频线圈的磁芯材料材料磁性材料：磁性材料：软磁材料软磁材料BH 特点：磁导率大特点：磁导率大 矫顽力小矫顽力小 容易磁化容易磁化也容易退磁也容易退磁 磁滞回线包围面积小磁滞回线包围面积小 磁滞损磁滞损耗小耗小 特点：剩余磁感应强度大特点：剩余磁感应强度大 矫顽力大矫顽力大 不不容易磁化容易磁化 也不容易退磁也不容易退磁 磁滞回线宽磁滞回线宽 磁磁滞损耗大滞损耗大硬磁材料硬磁材料应用：作永久磁铁应用：作永久磁铁 永磁喇叭永磁喇叭BH磁致伸缩磁致伸缩方方向向改改变变变变磁磁畴畴MB晶晶格格间间距距改改变变