第十一章 磁場中的磁介質(zhì)

1、上章討論了電流和運(yùn)動(dòng)電荷在真空中產(chǎn)生的磁場。上章討論了電流和運(yùn)動(dòng)電荷在真空中產(chǎn)生的磁場。本章將討論電流和運(yùn)動(dòng)電荷在實(shí)物（稱之為磁介質(zhì)）本章將討論電流和運(yùn)動(dòng)電荷在實(shí)物（稱之為磁介質(zhì)）中產(chǎn)生的磁場。中產(chǎn)生的磁場。主要任務(wù)：主要任務(wù)：* 以實(shí)物物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)簡單說明磁介質(zhì)以實(shí)物物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)簡單說明磁介質(zhì) 的三種類型：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。的三種類型：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)。* 類似討論電介質(zhì)的方法研究磁介質(zhì)對磁場的影響。類似討論電介質(zhì)的方法研究磁介質(zhì)對磁場的影響。介紹描述磁介質(zhì)中磁場的物理量磁場強(qiáng)度介紹描述磁介質(zhì)中磁場的物理量磁場強(qiáng)度 、磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 以及它們所遵守的普遍規(guī)律。以及它

2、們所遵守的普遍規(guī)律。MH0SdBsiiLIl dH* 介紹工程技術(shù)上廣泛應(yīng)用的鐵磁質(zhì)的特介紹工程技術(shù)上廣泛應(yīng)用的鐵磁質(zhì)的特性性 了解了解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋. 了解了解磁場強(qiáng)度的概念以及在各向同性介質(zhì)中磁場強(qiáng)度的概念以及在各向同性介質(zhì)中H和和B的關(guān)系的關(guān)系, 了解磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理了解磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 .教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求一、一、 磁介質(zhì)磁介質(zhì)11-1 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度順磁質(zhì)順磁質(zhì) 0BB0BB抗抗磁質(zhì)磁質(zhì)0BB鐵鐵磁質(zhì)磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）（鐵、鈷、鎳等）（鋁、氧、錳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)弱磁

3、質(zhì)順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的磁化順磁質(zhì)與抗磁質(zhì)的磁化分子磁矩分子磁矩軌道磁矩軌道磁矩自旋磁矩自旋磁矩電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)電子本身自旋電子本身自旋等效于圓電流等效于圓電流分子電流分子電流mmmmmmm分子的固有磁矩不為零分子的固有磁矩不為零0m 無外磁場作用時(shí)，由無外磁場作用時(shí)，由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分于分子的熱運(yùn)動(dòng)，分子磁矩取向各不相同子磁矩取向各不相同,整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。整個(gè)介質(zhì)不顯磁性。分分子子磁磁矩矩0m mm 有外磁場時(shí)，分子磁矩要有外磁場時(shí)，分子磁矩要受到一個(gè)力矩的作用，使分子受到一個(gè)力矩的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。m0B0MmBM 分子磁矩產(chǎn)生的磁場

4、方向和外磁場方向一致，分子磁矩產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。0BB 0BB 0BBB無外磁場無外磁場順順 磁磁 質(zhì)質(zhì) 的的 磁磁 化化分子圓電流和磁矩分子圓電流和磁矩mI0B有外磁場有外磁場sImm分子的固有磁矩為零分子的固有磁矩為零0m 在外磁場中，抗磁質(zhì)分子會(huì)產(chǎn)生附加磁矩在外磁場中，抗磁質(zhì)分子會(huì)產(chǎn)生附加磁矩電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)電子繞核的軌道運(yùn)動(dòng)電子本身自旋電子本身自旋外磁場場作用下產(chǎn)生外磁場場作用下產(chǎn)生附加磁矩附加磁矩電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用。電子的附加磁矩總是削弱外磁場的作用?？勾判允且磺写沤橘|(zhì)共同具有的特

5、性?？勾判允且磺写沤橘|(zhì)共同具有的特性。0BB 總與外磁場總與外磁場方向方向反向反向mmqv0B0,B 同同向時(shí)向時(shí)qv0,B 反反向時(shí)向時(shí)0B無外磁場時(shí)抗磁質(zhì)分子磁矩為零無外磁場時(shí)抗磁質(zhì)分子磁矩為零 0m0BBB抗磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)內(nèi)磁場FmFmmm抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的磁化二二 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度VmM分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和體積元體積元1mA單位單位（安安/米米） 意義意義 磁介磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩分子的合磁矩.是描述磁介質(zhì)的宏觀量是描述磁介質(zhì)的宏觀量M顯然它與介質(zhì)特性、溫度與統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)。顯然它與介質(zhì)特性、溫度與統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)。0BBB順磁質(zhì)內(nèi)磁場順磁質(zhì)內(nèi)磁場0B

6、BB抗磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)內(nèi)磁場112 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度mmIrr 例例 有兩個(gè)半徑分別為有兩個(gè)半徑分別為 和和 的的“無限長無限長”同同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對磁導(dǎo)率為軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對磁導(dǎo)率為 的的磁介質(zhì)磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流 時(shí)，試時(shí)，試 求求（1）磁介質(zhì)中任意點(diǎn)）磁介質(zhì)中任意點(diǎn) P 的磁感應(yīng)強(qiáng)度的的磁感應(yīng)強(qiáng)度的 大小大小;（2）圓柱體外面一點(diǎn)）圓柱體外面一點(diǎn) Q 的的 磁感強(qiáng)度磁感強(qiáng)度.rrRI解解 對稱性分析對稱性分析RdrIlHldIdH 2dIH2dIHB2r0dIR0,02Hd

7、H0HB0,Brd同理可求同理可求RdrdIB2r0Rd 0IIlHldIrrIRd例例2 一無限長載流圓柱體，通有電流一無限長載流圓柱體，通有電流I ，設(shè)電流，設(shè)電流 I 均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為均勻分布在整個(gè)橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為，柱，柱外為真空。外為真空。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：解：IR0 I rH Rr rHl dHL 2 I IRr22 22 RIrH 22 RIrB 在分界面上在分界面上H 連續(xù)連續(xù), B 不連續(xù)不連續(xù)Rr IrH 2rIH 2 rIB 20 IR0 Hr HRrRI 2OBRrRI 2ORI 20BBB