有磁介质时的磁场解读

1§9.1磁介质对磁场的影响§9.3磁介质的磁化

§9.4有磁介质时磁场的规律§9.5铁磁质

§9.6简单磁路§9.2原子、分子的磁矩

本章目录第1页/共36页第一页，共37页。2§9.1磁介质对磁场的影响

磁介质（magneticmedium）是能够影响磁场分布的物质。传导电流，

介质磁化

均匀各向同性介质有：μr

─相对磁导率（relativepermeability）I0I0均匀各向同性磁介质长直密绕螺线管总磁感强度充满磁场所在空间时，第2页/共36页第二页，共37页。3▲弱磁质，顺磁质（paramagneticsubstance）如：Mn，Al，O2，N2…抗磁质（diamagneticsubstance）如：Cu，Ag，Cl2，H2…▲铁磁质（ferromagneticsubstance）

如：Fe，Co，Ni…磁介质的分类：某些磁介质的相对磁导率见书P287表9.1第3页/共36页第三页，共37页。4§9.2原子、分子的磁矩

一.电子的磁矩ISm电子的轨道运动电流轨道磁矩电子轨道运动的角动量电子轨道磁矩与轨道角动量的关系：电子自旋磁矩和自旋角动量S的关系：第4页/共36页第四页，共37页。5质子轨道磁矩中子无轨道磁矩。质子和中子都有自旋磁矩：g称为g因子，质子g=5.5857，中子g=3.8261。整个原子核的自旋磁矩为核的自旋角动量，因子g由原子核决定。由上可知，核磁矩远小于电子磁矩。二.质子和中子的磁矩三.原子核的磁矩第5页/共36页第五页，共37页。6四.分子磁矩和分子电流电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核的磁矩(molecularmagneticmoment)(molecularcurrent)i分S分m分分子电流i分分子磁矩m分等效第6页/共36页第六页，共37页。7在磁场作用下，§9.3磁介质的磁化

磁化（magnetization）：介质出现磁性或磁性发生变化的现象。

一.顺磁质的磁化

顺磁质分子有固有的分子磁矩（主要是电子m分

10-23A·m2。热运动使完全显现磁性。方向,0Br排列趋于使分0mBrr混乱，不显磁性。轨道和自旋磁矩的贡献），第7页/共36页第七页，共37页。8二.抗磁质的磁化抗磁质的分子固有磁矩为0。不显磁性

附加磁矩

显示抗磁性为什么反平行于呢？第8页/共36页第八页，共37页。9

以电子的轨道运动为例，第i个电子受的磁力矩电子轨道角动量增量∴电子旋进，它引起的感应

这种效应在顺磁质中也有，不过与分子固有磁矩的转向效应相比弱得多。i-e磁矩反平行于第9页/共36页第九页，共37页。101.磁化强度：对顺磁质和抗磁质，实验表明：

2.磁化电流：

由于介质磁化而出现的一些等效三.磁化强度与磁化电流

（magnetizationandmagnetizationcurrent）的附加电流分布。对铁磁质，实验表明：和呈非线性关系，而且是非单值对应关系第10页/共36页第十页，共37页。11

介质内：穿过L所围曲面S的磁化电流则套住dl的分子电流：L放大i分S磁介质设分子浓度为n，S分第11页/共36页第十一页，共37页。12

介质表面：选磁化面电流密度第12页/共36页第十二页，共37页。13§9.4有磁介质时磁场的规律

考虑到磁化电流，（1）式则需要修改。设：I0─传导电流，I─磁化电流。磁介质LI0I一.H的环路定理真空中的规律第13页/共36页第十三页，共37页。14令——磁场强度（magneticfieldintensity）得：——的环路定理H▲

H的单位：▲真空：奥斯特Oe（CGSM），（Oersted）A/m

（SI）；第14页/共36页第十四页，共37页。15▲各向同性磁介质：

—

磁化率

（magneticsusceptibility）—磁导率（permeability）令则有真空：=0第15页/共36页第十五页，共37页。16二.环路定理的应用举例[例1]介质中闭合回路L所套联的分子电流为：证：L可任取，且可无限缩小，故I0=0处，I=0。L磁介质无传导电流处，也无磁化电流。证明在各向同性均匀磁介质内，第16页/共36页第十六页，共37页。17电流密度为j（沿z），导体相对磁导率为r，求：解：且有分析的对称性，xjrhhyzxjyzdIdI[例2]如图示，已知均匀载流无限大厚平板第17页/共36页第十七页，共37页。18板外：对图示矩形回路L，xjryy-yLlh0-hxjryy-yLl0板内：有对图示矩形回路L，有第18页/共36页第十八页，共37页。19xjrhhyz求磁化面电流密度上表面：下表面：（同上表面）思考沿x向单位长度的磁化面电流为何不为0？第19页/共36页第十九页，共37页。20

三.磁场的界面关系静磁屏蔽由可得B1n=B2n(1)设界面无传导电流，由可得H1t=H2t(2)即：(2)＇12121212第20页/共36页第二十页，共37页。21在1很大的介质1中，线几乎平行界面，这就是铁磁质中线沿铁芯延续的情形。若，则，当时，12121>>22190°2第21页/共36页第二十一页，共37页。22B内R2R1铁管（板面）▲静磁屏蔽计算表明：屏蔽系数精密探头、显象管…都需要磁屏蔽。若r=4000R2

=10cm

t=1cm时，k=0.5%

t=0.1cm时，k=5%则第22页/共36页第二十二页，共37页。23各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致，§9.5铁磁质（ferromagneticsubstance）一.磁畴（magneticdomain）从而形成自发的均匀磁化小区域—磁畴。铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。未加磁场在磁场B中第23页/共36页第二十三页，共37页。24各种材料磁畴线度相差较大：磁畴体积约为10-6(mm)3，一个磁畴中约有1012~1015个原子。易磁化方向由晶体结构决定。磁畴磁矩沿某个易磁化方向(directionofeasy所有的磁畴为什么不形成一个磁化整体呢？NSNS静磁能高交换能低NSSN静磁能低交换能高

矛盾因素协调平衡，才使铁磁体整体能量最低。magnetization)排列。从10-3m到10-6m，一般为10-4~10-5m，第24页/共36页第二十四页，共37页。25二.铁磁质的磁化规律铁磁质关系非线性，也不单值，形式上表示为也不唯一。1.起始磁化曲线由此可得到B~H曲线：试件磁通计nSI0I0第25页/共36页第二十五页，共37页。26i—起始磁导率m—最大磁导率

巴克豪森效应（Barkhauseneffect）BN跳跃跃变放大B∼HBSB∼HH0Scba金相结构分析，测晶粒度、且是无损探测、快捷简便。杂质分布、应力分布，，BS—

饱和磁感强度（saturationmagneticinduction）可用作第26页/共36页第二十六页，共37页。27BN跳跃跃变放大B∼HBSB∼HH0ScbaHHHbSaH=00（可逆）（不可逆）（不可逆）（饱和）演示巴克豪森效应（KD046）第27页/共36页第二十七页，共37页。28磁滞回线HHc-HcSBSBrB-BS-Br02.磁滞回线（hysteresisloop）B落后于H的变化，称为磁滞现象。Br—剩余磁感强度

（remanentmagneticinduction）Hc—矫顽力（coerciveforce）磁滞是由于晶体缺陷和内应力、“磁滞损耗”

（hysteresisloss）

正比于B~H回线所围的面积。以及磁畴在外磁场减退时，沿易磁化方向排列而造成的。就近第28页/共36页第二十八页，共37页。29三.硬磁和软磁材料1.硬磁材料（hardmagneticmaterial）特点：磁滞损耗大，适合制作永久磁铁、碳钢、钨钢HHcBBBr也大，磁芯（记忆元件）等。Hc大（>102A/m），一般Hc

为104-106A/m，一般为103-104G。磁滞回线“胖”，第29页/共36页第二十九页，共37页。30“矩磁材料”BBrHcH-Hc-BrBr-Br“0”“1”可作记忆元件第30页/共36页第三十页，共37页。31

2.软磁材料（softmagneticmaterial）Hc小（<102A/m），

磁滞回线“瘦”，磁滞损耗小，适于制作交流电磁铁、变压器铁芯等。

演示磁滞回线（KD044）纯铁、硅钢HBHcBr

坡莫合金(Fe78%、Ni22%)用于电子设备HBBrHc特点：一般约Hc

为1A/m。第31页/共36页第三十一页，共37页。32四.居里点（Curiepoint）（自发磁化减弱）（磁畴瓦解，表现顺磁性）Tc是失去铁磁性的临界温度，称“居里点”。Fe：Tc=767℃Ni：Tc=357℃Co：Tc=1117℃

演示居里点（KD045）第32页/共36页第三十二页，共37页。33五.磁致伸缩—

磁致伸缩。长度相对改变约10-5量级，温下可达10-1；某些材料在低磁致伸缩有一定固有频率，化频率和固有频率一致时，发生共振，当外磁场变可用于制作激振器、超声波发生器等。第33页/共36页第三十三页，共37页。34磁通势

(magnetomotiveforce)磁阻(magneticresistance)NI铁芯B,H,l,S,B,H,S,,0

§9.6简单磁路（magneticcircuit）第34页/共36页第三十四页，共37页。35l=1m的铁芯磁阻，所以气隙对磁路影响很大。其磁阻相当于第九章结束