大学物理学（少课时）第2版 课件 9.6-9.7 电流的磁场

第九章电流的磁场

§9-1基本磁现象

§9-2磁场磁感应强度

§9-3毕奥-萨伐尔定律

§9-4稳恒磁场的高斯定理与安培环路定理

§9-5磁场对载流导线和载流线圈的作用

§9-6磁介质对磁场的影响

§9-7铁磁质

一、磁介质及其分类二、磁化的微观机制§9-6磁介质对磁场的影响三、磁化强度矢量四、磁介质的磁导率五、磁介质中的安培环路定理§9-6磁介质对磁场的影响一、磁介质及其分类磁化：磁介质在磁场作用下内部状态的变化称为磁化。磁介质：在磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过来影响磁场分布的物质。总磁感强度附加磁感强度外加磁感强度

磁化后介质内部的磁场与附加磁场和外磁场的关系：抗磁质(铜、铋、硫、氢、银等)铁磁质(铁、钴、镍等)磁介质的分类抗磁质和大多数的顺磁质的一个共同特点：它们所激发的附加磁场极其微弱顺磁质(锰、铬、铂、氧、氮等)二、磁化的微观机制

分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。

分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符号表示。

电子的进动：在外磁场的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。陀螺的进动进动进动进动

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，在外磁场中，电子角动量进动的转向总是和磁力矩的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永远与的方向相反。

附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号表示。顺磁质的磁化

对顺磁质而言，由于热运动，各分子磁矩杂乱无章，总体磁矩矢量和为零。在外磁场作用下，这些分子磁矩将趋与外磁场方向一致的状态。热运动破坏这种有序性的形成。在较强磁场和较低温度下，分子磁矩排列越整齐，这时,在顺磁体内任意取一体积元，其中各分子磁矩的矢量和将有一定的量值，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场B′

，顺磁质内的磁感应强度B的大小增强为B=B0+B′，这就是顺磁质的磁化效应。

在外磁场作用下，抗磁材料中电子轨道磁矩受其作用整体产生一附加磁矩，在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场B′。于是抗磁质内的磁感应强度的大小减为B=B0-B′，这就是抗磁质的磁化效应。抗磁性起源于外磁场对电子轨道运动作用的结果，在任何原子或分子的结构中都会产生。它是一切磁介质共有的性质。抗磁质的磁化三、磁化强度矢量

反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。均匀磁化非均匀磁化

磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和，称为磁化强度，用表示。

磁化强度的单位：

注意：对顺磁质，可以忽略；对抗磁质,，对于真空，。外磁场为零，磁化强度为零。外磁场不为零:顺磁质抗磁质四、磁介质的磁导率

为反映各种磁介质对外磁场影响的程度，常用磁介质的磁导率来描述

设螺线管中的电流为I，单位长度的匝数为n，则电流在螺线管内产生的磁感强度的大小为在长直螺线管内充满某种均匀的各向同性磁介质，则由于磁介质的磁化而产生附加磁感强度B′，使螺线管内的磁介质中的磁感强度变为B，B和大小的比为比值是决定磁介质磁性的纯数，叫做该磁介质的相对磁导率。它的大小表征了磁介质对外磁场影响的程度。

磁导率相对磁导率顺磁质＞1＜1

抗磁质五、磁介质中的安培环路定理无磁介质时安培环路定理有磁介质时磁场强度定义磁场强度：有磁介质时的安培环路定理

表明：磁场强度矢量的环流和传导电流I有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是A/m。

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。解：（1）对称性分析。磁介质环上密绕线圈构成充满磁介质的螺绕环，环内磁场具有对称性分布

（2）积分路径的选取。由磁场分布的对称性，可选取以环心为圆心、以R为半径的圆周作为闭合积分路径；【例题9-6】在磁导率为的磁介质环上紧密地绕有表面绝缘的导线圈，单位长度上的匝数为，通有电流。求磁介质环内部的磁场强度的大小H和磁感应强度的大小。

（3）闭合回路中电流的计算。闭合积分路径中包围的传导电流总量为（4）由介质中的安培环路定理计算可得又根据公式可得一、铁磁性材料的应用二、铁磁质的性质三、铁磁性材料的分类§9-7铁磁质§9-7铁磁质一、铁磁性材料的应用在各类磁介质中应用最广泛的是铁磁性物质。在20世纪初期，铁磁性材料主要用在电机制造业和通讯器件中，而自50年代以来，随着电子计算机和信息科学的发展，应用铁磁性材料进行信息的存储和记录，已经发展成为引人注目的系列新技术，预计新的更为广泛的应用还将不断得到发展。因此，对铁磁材料磁化性能的研究，无论在理论上还是实用上都具有十分重要的意义。二、铁磁质的特性1.铁磁质能产生特别强的附加磁场B′。从而使铁磁质中的磁感应强度B远远大于外加磁场B0。2.铁磁质的磁导率不是常量。OHACBS

使励磁电流从零开始，此时B=H=0，然后逐渐增大电流，以增大H

。测得B与H的对应关系如图所示：

根据，可以求出不同H值对应的

r值，由此可见铁磁质B~H显著的非线性特点。

当铁磁质达到饱和状态后，缓慢地减小H，铁磁质中的B并不按原来的曲线减小，并且H=0时，B不等于0，具有一定值，这种现象称为剩磁。

要完全消除剩磁Br，必须加反向磁场，当B=0时磁场的值Hc为铁磁质的矫顽力。BHedcOafbBH

当反向磁场继续增加，铁磁质的磁化达到反向饱和。反向磁场减小到零，同样出现剩磁现象。不断地正向或反向缓慢改变磁场，磁化曲线为一闭合曲线——磁滞回线。3．铁磁质的磁化过程并不是可逆的。4．铁磁质的磁化和温度有关。

实验发现，随着温度的升高，铁磁质的磁化能力逐渐减小，当温度升高到某一温度时，铁磁性就完全消失。这个温度叫做居里温度或居里点。由实验可以测定铁的居里温度是770℃(1043K)。BHO

矫顽力很小(Hc<102A·m-1)，磁滞回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小，易磁化，也易退磁。

适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁和发电机的铁芯。软磁材料三、铁磁性材料的分类

根据材料磁滞回线的不同，可将材料分为软磁材料和硬磁材料。

当铁磁材料在交变磁场的作用下反复磁化时，由于磁体内分子状态的不断改变，分子振动加剧导致磁体发热，温度升高，损耗了磁化电流的能量。这种在反复磁化过程中能量的损失叫磁滞损耗。磁滞回线所围的面积越大，磁滞损耗也越大。软磁材料磁滞损耗较小。BHO

矫顽力大，剩磁大、磁滞回线宽，所围的面积大，磁滞损耗大。硬磁材料

软磁材料有金属的，也有非金属铁氧体材料。后者在信息技术和电子技术中有重要、广泛的用途。

矩磁材料的磁滞回线接近于矩形，特点是剩磁Br接近饱和值BS。

当矩磁材料在不同方向的外磁场磁化后，总是处于和两种剩磁状态，可作电子计算机的“记忆”元件。磁屏蔽

用软磁材料（如坡莫合金）做成的闭合空腔，由于空腔的磁导率比外界大得多，绝大部分磁感线从空腔壁内通过，而不会有外磁场进入腔内，达到磁屏蔽的目的。

硬磁材料如碳钢、钨钢、铝镍钴合金等材料。磁化后能保持很强的磁性，适用于制成各种类型的永久磁铁。小结一、磁介质对磁场的影响：1、磁介质的分类及磁化机制2、磁介质中的安培环路定理二、铁磁质铁磁质的特性1.某种磁介质在外磁场中被磁化后,其磁化强度方向总与外磁场方向相反,则该磁介质必是[]顺磁质抗磁质铁磁质以上三者都可以ABCD提交单选题1分选择题：

某种磁介质在外磁场中被磁化后,其磁化强度方向总与外磁场方向相反,则该磁介质必是[]

(A)顺磁质(B)抗磁质(C)铁磁质(D)以上三者都可以选择题：

某种磁介质在外磁场中被磁化后,其磁化强度方向总与外磁场方向相反,则该磁介质必是[]

(A)顺磁质(B)抗磁质(C)铁磁质(D)以上三者都可以

2.磁介质有三种,用相对磁导率表征它们的特性时[]顺磁质μr＞0,抗磁质μr＜0,铁磁质μr<<1顺磁质μr＞1,抗磁质μr＜1,铁磁质μr>>1顺磁质μr＞1,抗磁质μr＜1,铁磁质μr<<1顺磁质μr＞0,抗磁质μr＜0,铁磁质μr＞1ABCD提交单选题1分选择题：

磁介质有三种,用相对磁导率表征它们的特性时[]

(A)顺磁质εr＞0,抗磁质εr＜0,铁磁质εr<<1(B)顺磁质εr＞1,抗磁质εr＜1,铁磁质εr>>1(C)顺磁质εr＞1,抗磁质εr＜1,铁磁质εr<<1(D)顺磁质εr＞0,抗磁质εr＜0,铁磁质εr＞1选择题：

磁介质有三种,用相对磁导率表征它们的特性时[]

(A)顺磁质εr＞0,抗磁质εr＜0,铁磁质εr<<1

(B)顺磁质εr＞1,抗磁质εr＜1,铁磁质εr>>1(C)顺磁质εr＞1,抗磁质εr＜1,铁磁质εr<<1(D)顺磁质εr＞0,抗磁质εr