物理下 第十一章 磁介质

物理下第十一章磁介质2023/6/11第一页，共二十六页，编辑于2023年，星期三原子中电子参与的两种运动：

自旋——自旋磁矩绕核的轨道运动——轨道磁矩磁介质的磁化分子电流和分子磁矩在外磁场中的行为固有分子磁矩分子电流向磁场方向偏转，且按统计规律取向(顺磁)分子磁矩在外磁场中会产生变化产生附加磁矩(抗磁)。2023/6/11第二页，共二十六页，编辑于2023年，星期三——电子的拉莫进动电子磁矩受到磁力矩角动量定理1)绕磁场进动附加一磁矩与外场反向。2)感应磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和。——抗磁性外磁场与磁介质相互作用，使其处于特殊状态能产生新的磁矩，或者说附加的磁场,这过程为磁化。2023/6/11第三页，共二十六页，编辑于2023年，星期三无外磁场顺磁质的磁化有外磁场顺磁质内磁场2023/6/11第四页，共二十六页，编辑于2023年，星期三无外磁场抗磁质的磁化有外磁场抗磁质内磁场2023/6/11第五页，共二十六页，编辑于2023年，星期三二、磁化强度(magnetization)

M是描述磁介质的宏观量。与介质特性、温度与统计规律有关。单位：安培/米(A/m)顺磁质M与B0

同向抗磁质M与B0反向磁化的宏观效果：

在介质表面或内部出现宏观电流，产生附加磁场。2023/6/11第六页，共二十六页，编辑于2023年，星期三

磁化面电流Is——在均匀外磁场中，各向同性均匀的磁介质被磁化，沿着柱面流动未被抵消的分子电流。（也称为束缚面电流）磁化面电流密度jS

——在垂直于电流流动方向上单位长度的分子面电流。若长l介质表面IS，则其线密度为设介质的截面积

S，则有：jS与M的关系2023/6/11第七页，共二十六页，编辑于2023年，星期三磁化强度的环流普遍情况下可以证明磁化电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。电介质有以充满介质的螺旋管为例，选如图回路，求环流磁化强度磁化电流2023/6/11第八页，共二十六页，编辑于2023年，星期三三、有介质时的高斯定理和安培环路定理磁介质中的高斯定理磁力线无头无尾。穿过任何一闭合曲面的磁通量为零。S磁介质中的安培环路定理传导电流束缚电流有磁介质的总场2023/6/11第九页，共二十六页，编辑于2023年，星期三定义磁场强度

磁介质中的安培环路定理

——沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。磁场强度H的单位：安培/米(A/m)

2023/6/11第十页，共二十六页，编辑于2023年，星期三

之间的关系r——相对磁导率——磁导率

均为纯数或张量，描述磁介质特性的物理。各向同性实验证明：m—磁化率2023/6/11第十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期三

的关系：

的关系2023/6/11第十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期三++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++顺磁质抗磁质++++++++++++2023/6/11第十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期三++++++++++++++++++++++++++++++++++++l2023/6/11第十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期三例1、长直电缆由半径为R和R0的两金属圆柱筒组成，筒间充满均匀顺磁介质，电流从内芯流过再沿外壁流回。求介质中磁场分布及介质表面的束缚电流。++++++++++++++++++2023/6/11第十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期三方向沿圆的切线方向解：方向与B相同(顺磁质)方向垂直向外即与轴平行向上2023/6/11第十六页，共二十六页，编辑于2023年，星期三磁介质内表面的总束缚电流：同理外表面方向垂直向里即与轴平行向下2023/6/11第十七页，共二十六页，编辑于2023年，星期三例2、细螺绕环中心周长为10cm，环上均匀密绕线圈200匝，电流为0.1A.（1）若管内充满r=4200的磁介质，求管内的B与H。（2）求磁介质内由导线中电流产生的磁感应强度B0和由磁化电流产生的B的大小。传导电流产生B:解：磁化电流产生B:2023/6/11第十八页，共二十六页，编辑于2023年，星期三例3、均匀面电流沿无限大导体薄片流动i，面上方为真空，下方充满磁导率为的均匀无限大抗磁质。试求真空和介质中的H和B，并计算与导体相邻的介质表面层的磁化面电流密度i。i传导电流jsijS×磁化电流H1H2解：1）Mn2023/6/11第十九页，共二十六页，编辑于2023年，星期三（2）js与i反向2023/6/11第二十页，共二十六页，编辑于2023年，星期三装置：环形螺绕环;铁磁质Fe,Co,Ni及稀钍族元素的化合物，能被强烈地磁化实验测量B,如用感应电动势测量或用小线圈在缝口处测量；由得出曲线1)铁磁质的不一定是个常数，它是的函数.四、铁磁质原理:励磁电流I;

用安培定理得H2023/6/11第二十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期三

2)磁滞回线矫顽力

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磁滞回线当H=0，但,而是仍有一定的数值，叫做剩余磁感强度（剩磁）2023/6/11第二十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期三铁磁性材料类别：O软磁材料O硬磁材料O矩磁铁氧体材料实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.2023/6/11第二十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期三*

磁畴(magneticdomain)：原子间电子交换耦合作用很强，促使其自旋磁矩平行排列形成磁畴－－自发的磁化区域。磁畴的线度约10-4m。铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。铁磁质磁化的机制在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消，能量最低，不显磁性。无外磁场有外磁场2023/6/11第二十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期三*磁畴的变化可用金相显微镜观测在外磁场较弱时，自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的那些磁畴逐渐增大（畴壁位移），在外磁场较强时，磁畴自发磁化方向作为一个整体，不同程度地转向外磁场方向。有外磁场当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就达到饱和状态。饱和磁化强度MS等于每个磁畴中原来的磁化强度，该值很大，这就是铁磁质磁性r大的原因。2023/6/11第二十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期三磁滞(hysteresis)

现象是由于掺杂和内应力等的作用，当撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状，而表现出来。磁滞伸缩(magnetostriction)

是因磁畴在外磁场中的取向，改变了晶格间距而引起的。当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则排列；在临界温度（相变温度Tc