大学物理（上）-磁介质14

1、磁场中的磁介质介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度 磁介质中的总磁感强度铁磁质（铁、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）弱磁质与磁场发生相互作用的物质。一 磁介质 相对磁导率顺磁质 抗磁质磁介质的“分子电流”理论（1）电子的绕核轨道运动和电子内禀自旋 电子具有磁矩二 磁介质的磁化轨道磁矩自旋磁矩（2）一个分子内所有电子的全部磁矩的矢量和 分子磁矩 (等效的圆电流 I 表示分子圆电流）分子磁矩（轨道磁矩、自旋磁矩）顺磁介质分子抗磁介质分子无外磁场顺 磁 质 的 磁 化有外磁场顺磁介质的磁化 同向时 反向时无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗磁质的磁化抗磁介质的磁化 磁场中电子轨道运动而产生

2、的附加磁矩方向总与外磁场方向相反。+同向反向 顺磁质和抗磁质磁化的微观过程不同，前者为转向磁化，后者为感应磁化； 顺磁质和抗磁质磁化的结果相同：介质整体出现净附加磁矩，而在介质表面产生“磁化电流”。结论：顺磁质内磁场抗磁质内磁场束缚电流磁化电流以无限长螺线管为例顺磁质在磁介质内部的任一小区域：相邻的分子环流的方向相反在磁介质表面处各点：分子环流未被抵消形成沿表面流动的面电流束缚电流磁化强度：反映磁介质磁化程度单位：安/米（ ）三、磁化强度和磁化电流分子磁矩的矢量和体积元 意义 磁介质中单位体积内分子的合磁矩.顺磁质以无限长螺线管为例+ADBC传导电流分布电流四 磁介质中安培环路定理磁场强度 磁

3、介质中的安培环路定理 磁场强度沿任何闭合回路的线积分，等于该回路所包围的传导电流的代数和。各向同性磁介质（磁化率）相对磁导率磁 导 率 各向同性磁介质顺磁质（非常数）抗磁质铁磁质 线性磁介质（1） 表明，稳恒磁场中 的环流只和穿过 环路的传导电流有关。但环路上各点的磁场强度 由载流系统中的全部传导电流和磁化电流共同决定。（3）（2）采用介质中安培环路定理求场, 应满足两个条件：各向同性均匀磁介质；传导电流对称分布；讨 论I 例1 有两个半径分别为 和 的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流 时，试 求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的

4、 大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的 磁感强度.解 对称性分析III一无限长载流直导线，其外包围一层磁介质，相对磁导率(2) 介质内外界面上的束缚电流密度练习求解根据磁介质的安培环路定理(1) 磁介质中的磁化强度和磁感应强度由磁化强度与束缚电流密度的关系内界面:外界面:例2 一根长直同轴电缆，内、外导体之间充满磁介质（如图），磁介质的相对磁导率为r ，导体的磁化可以忽略不计，沿轴向有稳恒电流 通过电缆，内、外导体上电流的方向相反。求：解（1）取与电缆轴同心的圆为积分路径，根据磁介质中的安培环路定理，有 （1） 空间各区域内的磁场强度，并画出H-r曲线；（2） 空间各区域内的磁感强度和磁化强度，

5、并画出B-r曲线。得对于R2rR3，有得忽略导体的磁化，有：M1=0 对于R1rR2，有对于rR1得（2）由 IS=M2r ，磁介质内、外表面磁化电流的大小为与对抗磁质(r1) ，在磁介质内表面(r=R1) ， 磁化电流与内导体传导电流方向相反；在磁介质外表面(r=R2) ， 磁化电流与外导体传导电流方向相反。顺磁质的情况与抗磁质相反。 同样忽略导体的磁化，有M3=0 得对于R3r，有得 H4=0，M4=0，B4=01、磁化特性曲线OBHPCPQ.OF.HCBm.BrHm.初始磁化曲线Br剩 磁.HmBm. 饱和磁感应强度矫顽力HC磁滞回线五 铁磁质矫顽力 由于磁滞，当磁场强度减小到零（即 ）

6、时，磁感强度 ，而是仍有一定的数值 ， 叫做剩余磁感强度(剩磁). 当外磁场由 逐渐减小时，磁感强度 B并不沿起始曲线 OP 减小 ，而是沿 PQ比较缓慢的减小，这种 B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象 ，简称磁滞.O磁滞回线OMNPO例 一矩磁材料用作电子计算机存储元件，其外直径为0.8mm，内径0.5mm，高0.3mm。若磁芯已被磁化（如图），现需将磁芯的磁化方向全部翻转，求长直导线中脉冲电流的峰值至少多大？（已知矫顽力 ）磁芯中的磁感线为与磁芯共轴同心圆，由安培环路定理解：磁芯基本工作原理：外磁场一超过矫顽力，磁化方向就立即翻转。即当在 处的 定值时，磁芯的磁化方向就能翻转2.

7、铁磁质的磁化机制（1）磁畴由于相邻原子中的电子间很强的相互作用而形成的自发磁化小区域。显示磁畴结构的Fe2O3粉末磁畴结构示意图无外磁场有外磁场（2）铁磁质的磁化3、铁磁质的特征和应用（1）铁磁质的特征 磁导率不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史，B 和H 是非线性关系； 有很大的磁导率 ，放入线圈中时可以使磁场增强102 104倍； 有剩磁、磁饱和及磁滞现象； 温度超过居里点时，磁畴瓦解，铁磁质转变为顺磁质。铁磁质特性的理论解释当外磁场增强，直至磁畴沿着外磁场方向排列，磁化达到饱和。外磁场作用下，各个磁畴的磁矩趋向外磁场方向排列产生很大的附加磁场，所以 ， 很大。 由于铁磁质中存在掺杂等原因，各磁畴间存在某种摩擦，在外磁场撤去后， 磁畴不会回到原来混乱排列状态，铁磁质就有剩磁现象。dT=Tc （居里温度），磁畴瓦解，铁磁质退化成顺磁质。O软磁材料O硬磁材料O矩磁铁氧体材料易磁化，Bmax很大，但矫顽力小（