第十三章 磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)

1、1第十三章第十三章 磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)13-1 13-1 磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)的分類介質(zhì)在磁場(chǎng)中被磁化，介質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0和附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B 之和。B= B0+ B 依據(jù)附加磁感應(yīng)強(qiáng)度B 的不同可將磁介質(zhì)分為三類：順磁質(zhì)順磁質(zhì) B B0 、抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)B 0 順磁質(zhì)， m B0 r=B/B0 可達(dá)102 103 。 r（m）不是常量 外場(chǎng)停止作用后，仍能保留部分磁性。存在居里點(diǎn)。此時(shí)鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì)（鐵 1040K、鎳631K、鈷1388K）。普通物理教案普通物理教案普通物理教案21鐵芯中磁場(chǎng)強(qiáng)度為：H=nI，在磁通計(jì)中可測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B，H=B/ 0M，由此

2、可得磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線：一、鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律一、鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律次級(jí)線圈接磁通計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：普通物理教案普通物理教案普通物理教案22BHoADS起始磁化曲線BSBS 稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.起始磁化曲線普通物理教案普通物理教案普通物理教案232.磁滯回線Br剩磁、 Hc矯頑力、磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比、磁滯伸縮。BHBrHs-Hs-HcHcSScbbc鐵磁質(zhì)的磁滯回線普通物理教案普通物理教案普通物理教案24 鐵磁材料中相鄰原子中的電子自旋磁矩通過交換偶合交換偶合作用而平行排列，形成一個(gè)自發(fā)磁化達(dá)飽和狀態(tài)的微小區(qū)域磁疇。二、鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)二、鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)在無外場(chǎng)

3、時(shí)，每個(gè)磁疇內(nèi)的磁矩取同向，但各磁疇排列雜亂，宏觀不顯磁性。在外場(chǎng)作用下，磁疇轉(zhuǎn)向，表現(xiàn)為磁化過程。磁 疇普通物理教案普通物理教案普通物理教案25由于摩擦阻力，出現(xiàn)剩磁，溫度升高，磁疇被破壞，表現(xiàn)為居里點(diǎn)，磁疇的體積為： 10-8 10-12m3, 約1017 1021個(gè)原子。磁疇結(jié)構(gòu)的鐵粉圖形H=0HHHH磁化過程中磁疇結(jié)構(gòu)變化示意圖普通物理教案普通物理教案普通物理教案26三、鐵磁質(zhì)的分類和應(yīng)用三、鐵磁質(zhì)的分類和應(yīng)用軟磁材料：HC102 A/m ,剩磁大，不易消除，用于制成永久磁鐵。矩形材料：Br接近飽和，用于信息儲(chǔ)存。H軟磁材料硬磁材料矩形材料-HCHCBr-BrBsBsBHHBB-Br-

4、BrBrBrHCHC-HC-HC普通物理教案普通物理教案普通物理教案27例題1： 試求磁矩為 pm=1.41026A.m2，自旋角動(dòng)量為L(zhǎng)P=0.53 1034kgm2/s的質(zhì)子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T的均勻磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)角速度。解：質(zhì)子帶正電，它的自旋磁矩pm與自旋角動(dòng)量LP的方向相同，質(zhì)子在磁場(chǎng)B中所受的磁力矩為：LpdLpdBsinBpBpMmmp質(zhì)子以磁場(chǎng)為軸線做進(jìn)動(dòng)，在dt時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過角度d,角動(dòng)量的增量為dLp,有圖可知：普通物理教案普通物理教案普通物理教案28dLdLppsin又因角動(dòng)量的時(shí)間變化率等于力矩tMLtLMppppddd/d所以tBpLmpdsindsin從而可求得質(zhì)

5、子在磁場(chǎng)中進(jìn)動(dòng)得角速度s/rad1032. 1sinsindd8pmpmpLBpLBpt質(zhì)子進(jìn)動(dòng)的角速度與磁場(chǎng)的夾角無關(guān)，說明進(jìn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向總是相反，也產(chǎn)生一個(gè)與磁場(chǎng)相反的附加磁矩。普通物理教案普通物理教案普通物理教案29例題2： 有一圓柱形無限長(zhǎng)載流導(dǎo)體，其相對(duì)磁導(dǎo)率為r，半徑為R，今有電流I沿軸線方向均勻分布，試求：（1）導(dǎo)體內(nèi)任一點(diǎn)的B；（2）導(dǎo)體外任一點(diǎn)的B；（3）通過長(zhǎng)為L(zhǎng)的圓柱體的縱截面的一半的磁通量。解：（1）過距軸線 r 的任一點(diǎn) P 做環(huán)路積分，見圖。積分圓周與磁場(chǎng)線重合，沿圓周H為常量，故)(2dRrrHlH普通物理教案普通物理教案普通物理教案30根據(jù)含介質(zhì)的安培環(huán)路定

6、理；)(d內(nèi)LLIlH因電流均勻分布，所以電流密度為：2RIj半徑為r的截面中IRrjrILi22)()(內(nèi)所以222(),2rIrrHIHRR普通物理教案普通物理教案普通物理教案rPRLrIdr31則：002()2rrIrBHrRR （2）在導(dǎo)線外P點(diǎn)：()d2()iLLHlrHIrR 內(nèi)因rRIILi)( 內(nèi)00,22IIHBHrr（3）如圖所示，通過長(zhǎng)為L(zhǎng)的圓柱體縱截面的一半的磁通量為：普通物理教案普通物理教案普通物理教案32普通物理教案普通物理教案普通物理教案00200ddd24RRrrsILILBSBL rr rR 例題3： 一鐵環(huán)外均勻繞有絕緣導(dǎo)線，導(dǎo)線中通有恒定電流I，今若在環(huán)上

7、開一條狹縫。試求：(1)開狹縫前后，鐵環(huán)中的B，H和M如何變化；(2)鐵環(huán)與縫隙中的B，H和M。 解:由磁高斯定理可知，磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度B線總是閉合曲線，而磁場(chǎng)強(qiáng)度H線卻不一定連續(xù)；H的環(huán)流是由回路中的傳導(dǎo)電流決定的，而B的環(huán)流是由回路中的傳導(dǎo)電流和磁化電流（也稱束縛電流）共同決定的。 IN33（1）由上述分析可知，開狹縫前環(huán)內(nèi)各點(diǎn)的H值相同，B=H值也相同。因此由含介質(zhì)的安培環(huán)路定理 NIlHLd得: HlNI（l為鐵環(huán)平均周長(zhǎng)），即 00,rrNINIHBHll lNIHMmm開狹縫后，磁場(chǎng)線仍然連續(xù)，由于狹縫極窄，所以可認(rèn)為鐵環(huán)中與縫隙中的B值相等，而H值不再相等。由普通物理教案普通物理

8、教案普通物理教案IN34NIlHLd得 ：NIlHllH縫環(huán)）（l為狹縫寬度 ）NIlHlH縫環(huán)考慮到ll，近似得則上式可寫為NIlBlBr00即得： llNIBrr0普通物理教案普通物理教案普通物理教案35雖然l很小，但對(duì)于鐵環(huán)來說，一般 r較大，所以開狹縫后，鐵環(huán)中的B值比開狹縫前有所減小。同時(shí)可知llNIBHrr0llNIHMrmm不難看出，H、M值都比開狹縫前減小。 （2）由上述分析可知，開縫前后，鐵環(huán)中與縫隙中的B值相等，磁場(chǎng)線是連續(xù)的，而由H=B/0 r和M=mH 得：普通物理教案普通物理教案普通物理教案36llNIBBrr0縫環(huán)llNIHMrmm環(huán)環(huán)llNIBHrr0縫llNIB

9、Hrr0環(huán)0縫M注釋結(jié)果表明，開狹縫前后，B，H，M均發(fā)生變化。由于B線總是連續(xù)的，且狹縫很窄，則認(rèn)為B線仍然被束縛在環(huán)中和縫隙中，但B值在開狹縫后有所減小。而H線不連續(xù)，狹縫中的H值大于鐵環(huán)中的H值。由于狹縫中沒有介質(zhì)，所以M0，而介質(zhì)中的M由H確定。普通物理教案普通物理教案普通物理教案37項(xiàng)目電介質(zhì)磁介質(zhì)描述極化或磁化狀態(tài)量極化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度極化或磁化的宏觀效果介質(zhì)表面出現(xiàn)束縛電荷介質(zhì)表面出現(xiàn)束縛電流is基本矢量EB介質(zhì)對(duì)場(chǎng)的影響束縛電荷產(chǎn)生附加場(chǎng)E束縛電流產(chǎn)生附加場(chǎng)BE=E0+EB=B0+BV分子PPVm分子PM磁介質(zhì)與電介質(zhì)的對(duì)比磁介質(zhì)與電介質(zhì)的對(duì)比普通物理教案普通物理教案普通物理教案38輔助矢量D=0E+PH=B/0M高斯定理（自由電子）環(huán)流定理傳導(dǎo)電流各向同性介質(zhì))(SiSqSdD0SSdB0d LlEiLIlH dEDnPEPre00rsmBHnMiHM0