第15章 磁介质磁化

进动方向一致!进动可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，这种进动等效圆电流附加磁矩μL的方向永远与B0的方向相反。抗磁质：在外磁场在外磁场的作用下，体积元V内分子附加磁矩的矢量和，激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。注意：1）要宏观无限小，微观无限大。4）物理含义--描述物质磁化的程度与状态。2）M的单位：磁化越厉害，分子磁矩的矢量和越大。对外磁场的影响也越大。3.磁化强度:单位体积内分子磁矩的矢量和。它带来附加磁场的贡献。3）顺磁质中，M与外场方向一致，抗磁质中，M与外场方向相反。在外磁场分子磁矩可以忽略；顺磁质抗磁质只有58磁化电流的产生2ok.swf4磁化强度与磁化电流间的关系对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，未被抵消的分子电流相互拼接，在磁化圆柱的表面出现一层电流，称为磁化面电流。大小：单位长度磁介质的磁化面电流.方向：该处磁化面电流的方向。面电流密度磁化面电流LR顺磁质L一般言之：介质表面磁化面电流密度LSM式中：为磁化强度为介质表面外法线的单位矢量。（微分关系）取一长为l面积为S的磁介质。则：abcda作闭合回路求积分abcd积分关系磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。磁化强度与磁化面电流的关系，虽然是从特例给出，但是普遍成立的。无磁介质时有磁介质时定义磁场强度

磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。15.2有介质时的安培环路定理磁化电流传导电流有磁介质的总场一、说明：1）是一辅助物理量，描述磁场的基本物理量仍然是3）是一普遍关系式2）的单位是A/m（SI制）实验规律：各向同性的介质

B=rB0m磁化率磁导率有磁介质时无磁介质时(3)用右手螺旋定则确定所选定的回路包围电流的正负，由安培环路定理求出磁场强度H的大小。二安培环路定理的应用(2）L上的大小相等，方向相同。（或者与平行或垂直。）(1）磁场分布有对称性(4)在各向同性的介质中,可求得磁感应强度B和磁化强度M及磁化电流密度jm.例1：如图半径为R1的无限长圆柱体中均匀通有电流I，外有半径为R2的通有反向电流I的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为

的均匀磁介质。试求(1)圆柱体内一点磁场；(2)圆柱体外圆柱面内一点的磁场；(3)圆柱面外一点的磁场。解:(1)磁场是轴对称分布的，以r为半径作圆为积分回路，根据安培环路定理有IIIR1R2rrr(2)以r

为半径作圆，(3)以r

为半径作圆，例2：长直螺旋管内充满均匀磁介质r，设电流I，单位长度上的匝数为

n

。求管内的磁感应强度和磁介质表面的磁化电流密度。解：因管外磁场为零，取如图所示安培回路例2：长直螺旋管内充满均匀磁介质r，设电流I0，单位长度上的匝数为

n。求管内的磁感应强度和磁介质表面的磁化电流密度。另解：实验发现：有、无磁介质的螺旋管内磁感应强度的比值，即相对磁导率磁介质磁化电流与传导电流按相同规律激发磁场

nI:单位长度上的电流。例3:在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长度内匝数n，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为r和，求环内的磁场强度和磁感应强度。解：在环内任取一点，过该点作一和环同心、半径为r的圆形回路。式中N为螺绕环上线圈的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁场强度的大小相等，方向都沿切线。当环内充满均匀介质时装置：螺绕环;铁磁质冲击电流计测量B铁磁质的r非常量15.3铁磁质原理:励磁电流I;

用安培定理得H一磁化规律起始磁化曲线；B~H非线性；磁饱和现象剩磁饱和磁感应强度矫顽力磁滞回线--不可逆过程当温度升高到一定程度时，高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列铁磁质性质消失。这温度称铁磁质的居里点。如：铁为1040K，钴为1390K，镍为630K.装置如图所示：将悬挂着的镍片移近永久磁铁，即被吸住，说明镍片在室温下具有铁磁性。用酒精灯加热镍片，当镍片的温度升高到超过一定温度时，镍片不再被吸引，在重力作用下摆回平衡位置，说明镍片的铁磁性消失，变为顺磁性。移去酒精灯，稍待片刻，镍片温度下降到居里点以下恢复铁磁性，又被磁铁吸住。作变压器的软磁材料。纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。作永久磁铁的硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力(Hc)大（>102A/m)，剩磁Br大磁滞回线的面积大，损耗大。用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。二铁磁质的应用作存储元件的矩磁材料Br=BS，Hc不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，当+脉冲产生H>Hc使磁芯呈+B态，则–脉冲产生H<–Hc使磁芯呈–

B态，可做为二进制的两个态。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体压磁材料具有较强的磁致伸缩效应.BHO磁致伸缩有一定固有频率当外磁场变化频率和固有频率一致发生共振常用于制造激振器、超声波发生器。在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能最小，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化达到饱和。在没有外磁场作用时，磁体内各磁畴磁矩排列杂乱，任意物理无限小体积内的平均磁矩为零。畴壁扩充磁畴转向达到饱和顺磁质和铁磁质的磁导率明显地依赖于温度，而抗磁质的磁导率则几乎与温度无关，为什么？答：顺磁质的磁性主要来源于分子的固有磁矩沿外磁场方向的取向排列。当温度升高时，由于热运动的缘故，这些固有磁矩更易趋向混乱，而不易沿外磁场方向排列，使得顺磁质的磁性因磁导率明显地依赖于温度。铁磁质的磁性主要来源于磁畴的磁矩方向沿外磁场方向的取向排列。当温度升高时，各磁畴的磁矩方向易趋向混乱而使铁磁质的磁性减小，因而铁磁质的磁导率会明显地依赖于温度。当铁磁质的温度超过居里点时，其磁性还会完全消失。至于抗磁质，它的磁性来源于抗磁质分子在外磁场中所产生的与外磁场方向相反的感生磁矩，不存在磁矩的方向排列问题，因而抗磁质的磁性和分子的热运动情况无关，这就是抗磁质的磁导率几乎与温度无关的原因。稳恒电流的磁场小结场源物质性力稳恒磁场的内容框架功能A

Wm毕奥—萨伐尔定律高斯定理磁介质无源场磁化Q动、I传、I分I位恒定电流I稳恒磁场安培环路定理非保守场顺磁质抗磁质铁磁质磁滞现象居里点磁导率大静电场稳恒磁场应用均匀场电偶极子磁偶极子类比总结2.电荷受力1.基本性质无源有源无旋有旋带电体电流类比总结

电介质磁介质1.分子模型电偶极子有极无极磁偶极子顺、铁抗2.介质对场的影响极化强度磁化强度极化电荷3.各向同性线性介质4.理论上处理对称性磁化电流绕开极化电荷绕开磁化电流无限长直电流的磁场圆电流环中心的磁场轴线上磁场基本计算：一：及其计算注意分解1.叠加法:沿x轴正方向磁通量均匀磁场，平面线圈SdS例1.有一闭合回路由半径为a和b的两个同心共面半圆连接而成，如图其上均匀分布线密度为的电荷，当回路以匀角速度绕过0点垂直于回路平面的轴转动时，求：圆心0点的磁感应强度。ab01234解：两个带电同心半圆转动等效圆电流分别为在圆心0点的磁感应强度垂直纸面向外，大小为两段带电直线转动等效为许多半径不等的圆电流，r----r+dr点电荷转动等效半径r的圆电流在圆心0点处的磁感应强度垂直纸面向外，大小为垂直纸面向外无限大均匀载流平面无限长直均匀载流圆筒<>典型结果密绕螺绕环密绕长直螺线管内部场面电流密度jrr2.安培环路定理的应用（轴对称，面对称）有磁介质各向同性磁介质例2．无限长载流空心圆柱导体的内外半径分别为a、b，电流在截面上均匀分布，则空间各处的B大小与场点到圆柱中心轴线的距离r的关系定性地如图所示。正确的图是[]Bab∴图B正确凸函数均匀磁场，平面载流线圈所受力矩2.洛伦兹力二安培定律1.霍耳效应判断载流子类型注意分解磁力的功闭合电流磁矩I例3.有一半径为a，流过稳恒电流为I的1/4圆弧形载流导线bc，按图示方式置于均匀外磁场中，则该载流导线所受的安培力大小______________.

导体电介质静电感应静电平衡电容器____电容C、电场能量极化有介质时的高斯定理各向同性介质电场能量密度静电场中的导体与电介质小结内容框架综合应用一、导体静电平衡表面电荷与场强的关系2.计算：场强与电势二、电介质极化1.极化描述：等势体1.性质：2.有介质存在时的高斯定理与场的计算基本要求各向同性的介质三：电容器与能量1.电容的概念与计算2.电容器的串联与并联3.电容器与静电场的能量设极板带电，由有介质时的高斯定理求D,根据各向同性电介质再求E.例4：一圆柱形电容器，外柱的直径为4cm，内柱的直径可以适当选择，若其间充满各向同性的均匀电介质，该介质的击穿电场强度的大小为E0=200KV/cm．试求该电容器可能承受的最高电压．(自然对数的底e=2.7183)

设电容器内外两极板半径分别为r0，R，则极板间电压为

解：设圆柱形电容器两极板单位长度上带有电荷为l，则由高斯定律可得电容器两极板之间的场强分布为电介质中