4.2磁介质.ppt

1、磁介质、磁介质的磁化、磁化面电流、磁场中的高斯定理安培环定理、之间的关系、磁介质对磁场的影响、磁化强度矢量，第2章讨论了电流和运动电荷在真空中产生的磁场。 本章将讨论电流和运动电荷在实物(称为磁介质)中产生的磁场。 主要任务： *基于实物物质的电气结构简要说明磁介质的3种类型：顺磁质、抗磁质、强磁性质。 与研究电介质的方法相同，研究磁介质对磁场的影响。 介绍了描述磁介质中磁场的物理量磁场强度、磁化强度及它们遵守的普遍规律。 原子中的电子参与自旋和绕核的轨道运动、轨道磁矩和自旋磁矩两种运动。 磁介质的磁化magnetization与介质的讨论相似，从物质电结构明确了磁性起源。 分子电流和分子磁矩

2、在外部磁场的行为，与分子电流对应的磁矩在外部磁场的行为决定介质的特性。 等效分子电流的磁效应表示各电子对外界磁效应的综合，称为分子电流、固有磁矩。 分子磁矩在外部磁场中受到磁矩，使其向磁场方向偏转，除了有规律地取向外，分子磁矩还有在外部磁场中环绕磁场的进展。 角动量绕铅直轴(重力方向)前进，以陀螺为例进行说明： *在均匀的外磁场中，电子的拉莫尔前进、电子的总角动量、轨道角动量和磁矩的关系：电子磁矩受到力矩，角动量定理，在磁场前进的周围附加磁矩和外场，结论本征分子磁矩包括所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩，之前以轨道运动为例的结果也同样应用于电子和核的自旋，*磁化向量：定义了磁化向量，以表示物质的宏磁

3、或介质的磁化程度：单位体积内分子磁矩显然与介质的特性、温度、统一修正规则有关。 单位：安培/米(A/m )，将磁性介质的宏观量、磁化面电流、磁化面电流也称为束缚面电流或分子电流。 磁化面电流线密度=垂直于电流流动方向的每单位长度的分子面电流。 一般证明，在l长介质表面束缚分子面电流时，其线性密度为介质的截面积s时，有磁化强度的环流、束缚电流线性密度的大小等于磁化强度的切线成分。 电介质有束缚电荷的面密度的大小与电极化强度相等的法线成分。 以充满介质的螺旋管为例，选择图的电路求环流，磁化沿任一电路的环流等于通过该电路的束缚电流I的代数和，磁化沿任一电路的环流等于通过该电路的束缚电流I的代数和。

4、I和l环的旋转方向为右旋的为正，相反为负。 物理意义、与介质对比的公式、电极化强度、束缚电荷、束缚面电流、磁化强度、 3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。 通过其中一个闭合曲面的磁通量为零。 磁感应强度是由施加磁场和介质内的束缚电流产生的合电场强度，有磁介质中的安培环定理、束缚电流、传导电流、磁介质的总场，定义磁场强度等于沿任一闭路径的磁场强度的环流被该闭路径包围的自由电流的代数和。 物理意义，h的环流仅与传导电流I有关，与介质无关。 (I相同时，尽管介质不同，h在相同点上不同，但环流相同。 因此，可以用那个求出市场量。 磁场强度h的单位：安培/米(A/m) S

5、I、1高斯=103/4(A/m )、1高斯=104特斯拉、电介质中的高斯定理、磁介质中的安培环定理、称为相对介电常数之间的关系：之间的关系、实验规律维度、电磁场的本构方程式、真空中电磁场与介质中电磁场的关系式，在此证明的是前述的、都是纯数或张量，是记述磁介质特性的物理量。 解：因为管外磁场为零，所以取图所示的安培电路，例题1 :在长直螺旋管内满足均匀的磁介质()，设定励磁电流，设定单位长度下的匝数。 求出管内的磁感应强度和磁介质表面的面束结束电流密度。 例题2 :长单芯电缆的芯是半径r的金属导体，与外壁之间充满均匀的磁介质，从芯流出电流沿着外壁流动。 求出介质中的磁场分布及与导体邻接的介质表面

6、的束缚电流。 方向沿着圆的切线方向，方向与轴平行，磁性介质内面的总束缚电流，例题3 :补正充满磁性介质的线圈内的磁性感应强度的已知磁化场的磁性感应强度是介质的磁化强度、 平均半径为r，线圈总匝数为n，通过电流I0，与环同心的氮、水、铜、银、金、铋等。 铁、钴、镍等超导体是理想的抗磁体，磁介质的磁化规律和机理，轨道角动量和磁矩的关系：磁场周围附加磁矩和外场的反转。 结论，由于与顺磁性质为同方向，与抗磁性质为反方向，因此反方向，(仅附加磁矩)，顺磁性质，磁化曲线，装置：环状卷绕环强磁性体的Fe、Co、Ni及稀钍族元素的化合物被强磁化，用感应电动势测定，或者用小线圈根据可以实验测量b的曲线，强磁性体

7、未必一定，用的函数、强磁性体、原理：励磁电流I的安培定理得到h，结果1、b的变化延迟到h，有残留磁，即磁滞效应，各自的对应与磁化的历史关系开始磁化曲线残留磁、饱和磁感应强度、矫顽力、结果2，在磁滞回路-不可逆的过程中，在交变电流的励磁下反复磁化使其温度上升的磁滞损耗与被磁滞回路包围的面积成正比。 结果3、铁磁体在类似于铁电体的交变场的作用下，其形状随之变化，被称为磁致伸缩(10-5位)，可用作换能器，在超声波和检测技术中有很大作用。 铁为1040K，钴为1390K，镍为630K，各种磁介质在温度上升一定程度后，就会从高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态中全部消失，变为顺磁性。 此温度称为临

8、界温度或强磁性的居里点。 不同的铁磁体，转变温度不同，结果为4，铁磁体的应用，*变压器的软磁性材料。 纯铁、硅钢坡莫合金(Fe、Ni )、铁氧体等。r大、易磁化、易退磁(初始磁化率大)。 饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc )小，磁滞环面积狭长，损耗小(HdB面积小)。 也用于继电器、电机、各种高频螺线管的磁芯、磁棒。 作为永久磁铁的硬磁性材料，钨钢，碳钢，铝合金，*作为记忆元件的力矩磁性材料，Br=BS，Hc不大，滞后环是矩形。 如果用于存储元件的脉冲产生器HHC使磁芯处于b状态，则脉冲产生器HHC使磁芯处于b状态，这两种状态都可以是二进制的。 矫顽力(Hc )大(102A/m )，剩馀磁通Br

9、大，磁滞回路面积大，损耗大。 也用于磁电式电表的永久磁铁。 耳机的永久磁铁，永久磁铁扬声器。 锰镁铁氧体、锂锰铁氧体、*交换力：电子间的交换作用，降低自旋平行排列时的能量是量子效应。 磁畴(magnetic domain ) :原子间电子交换耦合作用强，将其自旋磁矩平行排列形成磁畴的自发磁化区域。 磁区大小约为10171021原子/1018m3。 铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。铁磁体磁化的机理，*磁区的变化可通过金相显微镜观测到，当外部磁场较弱时，自发磁化方向与外部磁场方向相同或接近的磁区逐渐增大(磁壁位移)，当外部磁场较强时，磁区自发磁化方向成为一体，向外部磁场方向转向不同程度。 由于没有外部磁场，磁区取向被平均抵消，能量最低，不显示磁性。 滞后(hysteresis )现象，由于掺杂和内部应力等的作用，除去外部磁场的话磁区的磁壁变得难以恢复原来的形状，出现。 磁滞伸缩(magnetostriction )起因于磁畴在外部磁场中的取向，晶格间距发生变化。 温度上升时，热运动会在破坏磁区内磁矩的规则排列的临界温度(相变温度Tc )下，铁磁体完全变成顺磁体。 居里点Tc (Curie Point )在所有磁区均沿外部磁场方向时，强磁性体的磁化为饱和状态。 饱和磁化MS与各磁区本来的磁化强度相等，该值大是