大学物理A第三篇第十五章课件

1、物物质质对磁场的影响对磁场的影响 原子的磁矩原子的磁矩 物质物质的磁化的磁化H矢量及其环路定理矢量及其环路定理铁磁质铁磁质 简单磁路简单磁路 磁介质：磁介质：凡处于磁场中能与磁场发生相互作用的物质。凡处于磁场中能与磁场发生相互作用的物质。一一. 物质物质对磁场的影对磁场的影响实验响实验0BBr。为磁介质的相对磁导率其中r二二. .磁介质的分类磁介质的分类锰、铬、铂、氮锰、铬、铂、氮水银、铜、硫、氢、金、银水银、铜、硫、氢、金、银铁、镍、钴、铁氧体铁、镍、钴、铁氧体顺磁质顺磁质 抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质1r1r1r 一一. 磁偶极矩磁偶极矩neISmmr rIenr r图图15.2 15.2 圆

2、电流的磁矩圆电流的磁矩二二. 分子的磁矩分子的磁矩 一个分子的磁矩是其中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩以及核的自旋磁矩的矢量和。但由于核磁矩都小于电子磁矩的千分之一，所以通常计算分子磁矩只计算它所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。 +-分子磁矩分子磁矩mpr revvreI2/2222evrrrevISmL), 2 , 1 , 0 ( llemmvrmLeleLmemLmem22vrT2为轨道磁量子数为轨道角动量式中lmL :TJmesmemmeeBs/1027. 9224为自旋角动量式中 s: )(sLmmm0m抗磁质：抗磁质：0m顺磁质：顺磁质：固有磁矩固有磁矩 一一. 顺磁质的磁化规律顺

3、磁质的磁化规律)0(B)0(0BB00二二. 抗磁质的磁化规律抗磁质的磁化规律B0)0(B0)0(0B 0BrsILS0BrsI顺磁质顺磁质0BrsILS0BrsI抗磁质抗磁质三三. 磁介质的磁化磁介质的磁化 在外磁场的作用下，磁介质在外磁场的作用下，磁介质表面表面出现束缚出现束缚( (或磁化或磁化) )电流的现象电流的现象称为称为磁介质的磁化磁介质的磁化加强加强减弱减弱0BBBBj面磁化电流产生的磁场磁化电流）产生面束缚电流（或面束缚电流（磁化电流）：束缚电流（磁化电流）：因磁化而产生的宏观电流。因磁化而产生的宏观电流。自由电流：自由电流：传导电流传导电流 例例15.1 一长直螺线管，单位长

4、度上的匝数为一长直螺线管，单位长度上的匝数为n, ,管内充满相对磁管内充满相对磁导率为导率为 的均匀磁介质。求当导线圈内通以电流的均匀磁介质。求当导线圈内通以电流 I 时，管内磁时，管内磁介质表面的面束缚电流密度。介质表面的面束缚电流密度。r)(00jnIBBBnIB00nIjr) 1(解：解： 自由电流自由电流 I I 产生的磁场大小：产生的磁场大小：面束缚电流产生的磁场大小：面束缚电流产生的磁场大小：0jB有磁介质时，两种电流产生的磁场的矢量和：有磁介质时，两种电流产生的磁场的矢量和：nIBBrr00 根据 【讨论讨论】：抗磁质抗磁质 r1，则，则 j?1，则，则 j?0，说明其面束缚电流

5、方向和自由电流方，说明其面束缚电流方向和自由电流方向相同；向相同；对这两种磁介质，由于对这两种磁介质，由于r r 和和1 1相差甚微，面束缚电流极小，螺线相差甚微，面束缚电流极小，螺线管中磁场基本上还是由自由电流产生的。管中磁场基本上还是由自由电流产生的。铁磁质铁磁质 r 1，面束缚电流方向和自由电流方向也相同，而其面束缚电流方向和自由电流方向也相同，而其面电流密度比自由电流密度面电流密度比自由电流密度(nI) 大得多。大得多。这时管内的磁场基本上这时管内的磁场基本上是由铁磁质表面的面束缚电流产生的，这时的自由电流因此被叫是由铁磁质表面的面束缚电流产生的，这时的自由电流因此被叫做励磁电流。做励

6、磁电流。 真空中：真空中：int, 000IrdBL介质中：介质中：0BBrint, 00int, 000001IIrdBrdBLLr/)/(0BBHHr矢量（磁场强度）：定义int, 0IrdHL 一一. 磁场强度磁场强度二二. H的环路定理的环路定理 在有磁介质的磁场中，沿任意闭合路径磁场强度的线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闭合路径所包围的积分等于该闭合路径所包围的自由电流自由电流的代数和。的代数和。/)/(0BBHrmA/int, 0IrdHL例例15.2 一根长直单芯电缆的芯是一根半径为一根长直单芯电缆的芯是一根半径为R的金属导体，它和导的金属导体，它和导电

7、外壁之间充满相对磁导率为电外壁之间充满相对磁导率为r的均匀介质。今有电流的均匀介质。今有电流I 均匀地流均匀地流过芯的横截面并沿外壁流回。求磁介质中磁感应强度的分布。过芯的横截面并沿外壁流回。求磁介质中磁感应强度的分布。II根据根据H的环路定理的环路定理IrHrdHL2rIH 2 rIHBrr 200 方向沿圆的切线方向方向沿圆的切线方向 解：解：ED 1BH 0qSdDS0SdBS0l dEL0Il dHL DEHB 一一. 铁磁质的基本特性铁磁质的基本特性 r1 存在明显的磁滞效应存在明显的磁滞效应二二. 铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化规律 铁磁质磁化特性曲线的测定铁磁质磁化特性曲线的测定

8、装置：装置：环形螺绕环环形螺绕环 NSqRB HBr0原理原理:rNIH2oHB,rHBHr 铁磁质磁化特性曲线铁磁质磁化特性曲线 HBOABC OA，B 随随H近似线性增大。近似线性增大。 AB，B随随H快速增大。快速增大。 BC，B随随H增大逐渐减缓，直至饱和。增大逐渐减缓，直至饱和。 C， H增加增加 ，B达饱和状态。达饱和状态。 acfdbeBr-HcHBO-BrHc 磁滞回线磁滞回线 Oa，起始磁化起始磁化，达饱和。，达饱和。 ab， H 减小至零，减小至零，B减小至减小至Br，有剩磁。有剩磁。 bc，H:0-Hc；B:Br0。Hc称称为矫顽力。为矫顽力。 cd，H反向增大。反向增大

9、。de， H 反向减小至零，反向减小至零，B减小减小至至-Br，达反向剩磁状态。，达反向剩磁状态。ef，H:0Hc；B:-Br0。fa，回到原来的饱和状态。回到原来的饱和状态。 SBBHrBcHcH 非线性；非线性； 有剩磁；有剩磁； 为消剩磁须矫顽力；为消剩磁须矫顽力； 磁化过程不可逆；磁化过程不可逆； 概念：概念：铁磁质内的电子之间因自旋铁磁质内的电子之间因自旋引起的相互作用非常强烈，引起的相互作用非常强烈，在铁磁质内部形成了一些微在铁磁质内部形成了一些微小区域，叫做小区域，叫做磁畴磁畴。每一个磁畴中，各个电子的每一个磁畴中，各个电子的自旋磁矩排列得很整齐。自旋磁矩排列得很整齐。磁畴的显示

10、：磁畴的显示：磁畴的变化可用金相显微镜磁畴的变化可用金相显微镜观测观测 B的变化落后于的变化落后于H的变化的现象，叫做的变化的现象，叫做磁滞现象磁滞现象，简称，简称磁滞磁滞饱和磁感应强度饱和磁感应强度BS：所有磁畴都与外场方向一致，相应的所有磁畴都与外场方向一致，相应的磁场强度称为磁场强度称为饱和磁场强度饱和磁场强度，磁感应，磁感应强度称为强度称为饱和磁感应强度饱和磁感应强度。剩磁剩磁Br：当磁场强度减小到零时，磁感应强当磁场强度减小到零时，磁感应强度并不等于零，而是仍有一定的数度并不等于零，而是仍有一定的数值值Br ， Br叫做叫做剩余磁感应强度剩余磁感应强度，简称简称剩磁剩磁。SBBHrB

11、cHcH 矫顽力矫顽力Hc：使铁磁质中的使铁磁质中的B完全消失的完全消失的Hc值叫做矫顽力。值叫做矫顽力。磁滞损耗：磁滞损耗：铁磁质反复磁化会使磁介质本铁磁质反复磁化会使磁介质本身发热，造成能量损耗。磁滞身发热，造成能量损耗。磁滞损耗的大小与磁滞回线所围面损耗的大小与磁滞回线所围面积成正比。积成正比。SBBHrBcHcH 特点：特点：磁滞回线为细长型，磁滞回线为细长型，相对磁导率相对磁导率r和饱和和饱和Bs一般都较大，但一般都较大，但矫顽力矫顽力Hc小小，易磁化、易退磁。易磁化、易退磁。例子：例子：如如纯铁、硅钢、坡莫合金（含铁、纯铁、硅钢、坡莫合金（含铁、镍）等材料。镍）等材料。用途：用途：

12、适用于交变磁场。例：作为变压适用于交变磁场。例：作为变压器、电磁铁、继电器等的铁芯。器、电磁铁、继电器等的铁芯。BHo三三. 铁磁质的分类铁磁质的分类 特点：特点：磁滞回线为宽大型，剩磁磁滞回线为宽大型，剩磁Br和矫顽和矫顽力力Hc较大，不易退磁。较大，不易退磁。例子：例子：钨钢、碳钢、铝镍钴合金等。钨钢、碳钢、铝镍钴合金等。用途：用途：作为永久磁铁。作为永久磁铁。BHo特点：特点：磁滞回线接近矩形，磁滞回线接近矩形， Br Bs , 矫顽矫顽力力Hc较小，在外场作用下总是处于较小，在外场作用下总是处于Br=Bs或或Br=-Bs的状态。的状态。用途：用途：作为存储器。作为存储器。 铁芯外部相对很弱的磁场。铁芯外部相对很弱的磁场。由铁芯（或一定的间隙）由铁芯（或一定的间隙）构成的这种磁感线集中的构成的这种磁感线集中的通路。通路。例例15.3 如图所示一个铁环，设环的长度如图所示一个铁环，设环的长度l=0.5m，截面积，截面积S=410-4m2，环上气隙的宽度，环上气隙的宽度=1.0