第19章：磁场中的磁介质

第19章磁场中的磁介质顺磁质

抗磁质铁磁质（铁、钴、镍等）19.1磁介质对磁场的影响相对磁导率磁介质种类相对磁导率抗磁质

r＜1铋(293K)汞(293K)铜(293K)氢(气体)1-16.6×10-51-2.9×10-51-1.0×10-51-3.89×10-5顺磁质

r＞1氧(液,90K)氧(气,293K)铝(293K)铂(293K)1+769.9×10-51+334.9×10-51+1.65×10-51+26.0×10-5铁磁质

r＞＞1纯铁硅钢坡莫合金5×103(最大值)7×102(最大值)1×105(最大值)19.2原子的磁矩+--+各电子磁矩

近代科学证明，在原子中，核外电子不仅存在绕原子核的轨道运动，还存在自旋运动。这些运动都能形成微小的圆电流，产生磁效应。电子轨道运动的磁矩大小估计：电子轨道运动的角动量为L=mevr，所以量子力学：例如：氧原子轨道角动量的一个可能的值是：相应的轨道磁矩为：

把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，可等效于一个圆电流，称为分子电流。分子电流的磁矩称为分子磁矩。

一般情况下，有些物质分子的分子磁矩为零，这就是抗磁质。有些物质的分子磁矩不为零，有一固有磁矩，这就是顺磁质。无外磁场顺磁质的磁化有外磁场无外磁场：外磁场中：

物质分子的分子磁矩为零抗磁质。物质的分子磁矩不为零，有一固有磁矩就是顺磁质。

抗磁质没有固有磁矩，在外磁场的作用下产生了与外磁场方向相反的感生磁矩。在抗磁质和顺磁质中都会存在抗磁效应，只是抗磁效应与顺磁效应相比较而言要小得多，因此在顺磁质中，抗磁效应被顺磁效应所掩盖。19.3磁介质的磁化顺磁质在外磁场中抗磁质在外磁场中

介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为“束缚电流”即“磁化电流”。

磁化电流与传导电流的区别：磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。而传导电流是由大量电荷做定向运动而形成的。19.3磁介质的磁化磁化强度：磁介质中某一点处单位体积内分子磁矩的矢量和。单位：

磁介质磁化后，在一个小体积内个分子的磁矩的矢量和不再为零。

在一般的实验条件下，各向同性的顺磁质和抗磁质（以及铁磁质在较弱的磁场中）的磁化强度与外磁场成正比：

下面讨论束缚电流与磁化强度之间的关系。与dr铰链的总分子电流：一个分子磁矩：单位体积内的分子磁矩：nm面束缚电流密度即面束缚电流密度等于该表面处的磁化强度沿表面的分量。当

θ

=0，即磁化强度矢量与表面平行使：介质内部与任意闭合回路L铰链的总束缚电流，等于与L上各个长度元铰链的束缚电流的积分：19.4H的环路定理

磁介质放在场中，磁介质受磁场的作用产生束缚电流，这一束缚电流反过来又影响磁场分布，这时：

载流导体和磁化了的磁介质组成的系统可以视为自由电流I0和束缚电流I’(j’)

分布组成的电流系统，所用这些电流产生磁场：磁场强度磁介质中的安培环路定理异曲同工之妙！I

例

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

的磁感应强度的大小;（2）圆柱体外面一点

Q

的磁感强度。解对称性分析I同理可求II例长直螺线管内充满均匀磁介质

r单位长度上的匝数为n，通有电流I。求管内的磁感应强度和磁介质表面的面磁化电流密度。顺磁质抗磁质××解：管外磁场为零，取图示回路根据：××...10当环内是真空时环内充满均匀介质时例：在均匀密绕螺绕环内充满均匀顺磁介质，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。例:如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（

≈

0

）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2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，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。解:（1）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以r1为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有IIIR1R2r2r1r3（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2，则以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有

式中是该环路所包围的电流部分，由此得IIIR1R2r2r1r3由B＝

H，得（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r3，以r3为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得:IIIR1R2r2r1r319.5铁磁质

当励磁电流为I时：测出电流I就知道H。再用；另一方法测出B。就可以研究B-H以及

r-H

之间的关系。MNPOO磁滞回线矫顽力由于磁滞，当磁场强度减小到零（即）时，磁感强度，而是仍有一定的数值，叫做剩磁。

当外磁场由逐渐减小时，磁感强度B并不沿起始曲线0P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

磁畴：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。磁畴大小约为1017-1021个原子/10-18米3。无外磁场有外磁场剩磁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。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。矫顽力HC：当H=-Hc时，铁磁质的剩磁就消失了，铁磁质不显磁性。通常把Hc叫做矫顽力。

铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的，要损失能量，称为磁滞损耗，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。

磁滞现象是由于掺杂和内应力等的作用，当撤掉外磁场时磁畴