大学物理A第三篇第十五章课件

第15

章物质的磁性§15.1物质对磁场的影响§15.2

原子的磁矩§15.3

物质的磁化§15.4H矢量及其环路定理§15.5铁磁质§15.6

简单磁路§15.1

物质对磁场的影响磁介质：凡处于磁场中能与磁场发生相互作用的物质。图15.1一.物质对磁场的影响实验二.磁介质的分类锰、铬、铂、氮水银、铜、硫、氢、金、银铁、镍、钴、铁氧体顺磁质

抗磁质铁磁质§15.1

物质对磁场的影响§15.2

原子的磁矩一.磁偶极矩mrIenr图15.2圆电流的磁矩二.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。§15.2

原子的磁矩+-分子磁矩§15.2

原子的磁矩

电子的自旋磁矩：电子的轨道磁矩：——玻尔磁子分子磁矩：§15.2

原子的磁矩抗磁质：顺磁质：——固有磁矩§15.3

物质的磁化一.顺磁质的磁化规律)0(=Bv)0(0¹BvBv00二.抗磁质的磁化规律Bv0)0(=B0)0(0¹Bvv§15.3

物质的磁化顺磁质抗磁质磁介质磁化的宏观效果三.磁介质的磁化

在外磁场的作用下，磁介质表面出现束缚(或磁化)电流的现象称为磁介质的磁化。顺磁质的束缚电流产生的磁场要加强磁介质中的磁场；抗磁质的束缚电流产生的磁场要减弱磁介质中的磁场。束缚电流、自由电流束缚电流（磁化电流）：因磁化而产生的宏观电流。自由电流：传导电流§15.3

物质的磁化例15.1一长直螺线管，单位长度上的匝数为n,管内充满相对磁导率为的均匀磁介质。求当导线圈内通以电流I时，管内磁介质表面的面束缚电流密度。解：自由电流I产生的磁场大小：面束缚电流产生的磁场大小：有磁介质时，两种电流产生的磁场的矢量和：§15.3

物质的磁化【讨论】：抗磁质μr<1，则j׳<0，说明其面束缚电流方向和自由电流方向相反；顺磁质μr>1，则j׳>0，说明其面束缚电流方向和自由电流方向相同；对这两种磁介质，由于μr和1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。铁磁质μr>>1，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(nI)大得多。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做励磁电流。§15.3

物质的磁化§15.4

H矢量及其环路定理真空中：介质中：§15.4

H矢量及其环路定理一.磁场强度二.H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积分等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。例15.2一根长直单芯电缆的芯是一根半径为R的金属导体，它和导电外壁之间充满相对磁导率为μr的均匀介质。今有电流I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。根据H的环路定理方向沿圆的切线方向§15.4

H矢量及其环路定理解：静电场和稳恒磁场比较静电场稳恒磁场物理量高斯定理环路定理性质方程§15.5

铁磁质一.铁磁质的基本特性

μr>>1

存在明显的磁滞效应二.铁磁质的磁化规律

铁磁质磁化特性曲线的测定装置：环形螺绕环1、铁磁质磁化规律的测定§15.5

铁磁质原理:oHB,μr

铁磁质磁化特性曲线§15.5

铁磁质2、起始磁化曲线HBOABCO→A，B

随H近似线性增大。A→B，B随H快速增大。B→C，B随H增大逐渐减缓，直至饱和。C，

H增加

，B达饱和状态。§15.5

铁磁质acfdbeBr-HcHBO-BrHc

磁滞回线3、磁滞回线O→a，起始磁化，达饱和。a→b，

H减小至零，B减小至Br，有剩磁。b→c，H:0~-Hc；B:Br~0。Hc称为矫顽力。c→d，H反向增大。d→e，

H反向减小至零，B减小至-Br，达反向剩磁状态。e→f，H:0~Hc；B:-Br~0。f→a，回到原来的饱和状态。§15.5

铁磁质特点：

非线性；

有剩磁；

为消剩磁须矫顽力；

磁化过程不可逆；§15.5

铁磁质概念：铁磁质内的电子之间因自旋引起的相互作用非常强烈，在铁磁质内部形成了一些微小区域，叫做磁畴。每一个磁畴中，各个电子的自旋磁矩排列得很整齐。磁畴的显示：磁畴的变化可用金相显微镜观测磁畴§15.5

铁磁质B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞饱和磁感应强度BS：所有磁畴都与外场方向一致，相应的磁场强度称为饱和磁场强度，磁感应强度称为饱和磁感应强度。剩磁Br：当磁场强度减小到零时，磁感应强度并不等于零，而是仍有一定的数值Br

，Br叫做剩余磁感应强度，简称剩磁。几个重要参数§15.5

铁磁质矫顽力Hc：使铁磁质中的B完全消失的Hc值叫做矫顽力。磁滞损耗：铁磁质反复磁化会使磁介质本身发热，造成能量损耗。磁滞损耗的大小与磁滞回线所围面积成正比。§15.5

铁磁质1、软磁材料

特点：磁滞回线为细长型，相对磁导率μr和饱和Bs一般都较大，但矫顽力Hc小，易磁化、易退磁。例子：如纯铁、硅钢、坡莫合金（含铁、镍）等材料。用途：适用于交变磁场。例：作为变压器、电磁铁、继电器等的铁芯。BHo三.铁磁质的分类§15.5

铁磁质2、硬磁材料特点：磁滞回线为宽大型，剩磁Br和矫顽力Hc较大，不易退磁。例子：钨钢、碳钢、铝镍钴合金等。用途：作为永久磁铁。BHo3、矩磁材料特点：磁滞回线接近矩形，Br≈Bs,矫顽力Hc较小，在外场作用下总是处于Br=Bs或Br=-Bs的状态。用途：作为存储器。§15.6

简单磁路铁芯外部相对很弱的磁场。由铁芯（或一定的间隙）构成的这种磁感线集中的通路。漏磁通磁路例15.3如图所示一个铁环，设环的长度l=0.5m，截面积S=4×