磁場(chǎng)4(磁介質(zhì))

1、大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)第第1010章章 穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)（4 4）主要內(nèi)容：大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)一一. 磁介質(zhì)及其分類磁介質(zhì)及其分類1. 磁介質(zhì)磁介質(zhì) 任何實(shí)物都是任何實(shí)物都是磁介質(zhì)磁介質(zhì)電介質(zhì)放入外場(chǎng)電介質(zhì)放入外場(chǎng)磁介質(zhì)放入外場(chǎng)磁介質(zhì)放入外場(chǎng) 相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率 反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度反映磁介質(zhì)對(duì)原場(chǎng)的影響程度 10.4 10.4 磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)2. 磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原

2、場(chǎng)減弱原場(chǎng)增強(qiáng)原場(chǎng)增強(qiáng)原場(chǎng)如如 鋅、銅、水銀、鉛等鋅、銅、水銀、鉛等如如 錳、鉻、鉑、氧等錳、鉻、鉑、氧等弱弱磁磁性性物物質(zhì)質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都非常接近于順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率都非常接近于1。大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)通常不是常數(shù)具有顯著的增強(qiáng)原磁場(chǎng)的性質(zhì)具有顯著的增強(qiáng)原磁場(chǎng)的性質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)二二. 磁化機(jī)理磁化機(jī)理原子中電子的軌道磁矩原子中電子的軌道磁矩1. 安培分子環(huán)流的概念和方法安培分子環(huán)流的概念和方法電子的自旋磁矩電子的自旋磁矩電子自旋磁矩電子自旋磁矩與軌道磁矩有與軌道磁矩有相同的數(shù)量級(jí)相同的數(shù)量級(jí)分子

3、磁矩分子磁矩 所有電子磁矩的總和所有電子磁矩的總和抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)無(wú)外場(chǎng)作用時(shí)，對(duì)外不顯磁性無(wú)外場(chǎng)作用時(shí)，對(duì)外不顯磁性順磁質(zhì)順磁質(zhì)無(wú)外場(chǎng)作用時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，無(wú)外場(chǎng)作用時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)，對(duì)外也不顯磁性對(duì)外也不顯磁性大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)2. 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化電子軌道半徑不變電子軌道半徑不變當(dāng)外場(chǎng)方向與原子磁矩反方向時(shí)當(dāng)外場(chǎng)方向與原子磁矩反方向時(shí)當(dāng)外場(chǎng)方向與原子磁矩方向相同時(shí)當(dāng)外場(chǎng)方向與原子磁矩方向相同時(shí)大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)將順磁質(zhì)放入外場(chǎng)將順磁質(zhì)放入外場(chǎng) 分子環(huán)流在外場(chǎng)作用下，分子環(huán)流在外場(chǎng)作用下，產(chǎn)生取向轉(zhuǎn)

4、動(dòng)，產(chǎn)生取向轉(zhuǎn)動(dòng)， 磁矩將轉(zhuǎn)磁矩將轉(zhuǎn)向外場(chǎng)方向向外場(chǎng)方向 宏觀上宏觀上產(chǎn)生附加磁場(chǎng)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)結(jié)論：結(jié)論：在外場(chǎng)作用下，電子產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成附加在外場(chǎng)作用下，電子產(chǎn)生附加的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成附加的的, 附加磁矩（也稱感應(yīng)磁矩）總是與外場(chǎng)方向附加磁矩（也稱感應(yīng)磁矩）總是與外場(chǎng)方向反，即產(chǎn)生一個(gè)與外場(chǎng)反向的附加磁場(chǎng)反，即產(chǎn)生一個(gè)與外場(chǎng)反向的附加磁場(chǎng)相相 抗磁質(zhì)磁化抗磁質(zhì)磁化在外場(chǎng)作用下，每個(gè)分子中的所有電子都產(chǎn)生感應(yīng)磁矩在外場(chǎng)作用下，每個(gè)分子中的所有電子都產(chǎn)生感應(yīng)磁矩則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)與外場(chǎng)方向相反與外場(chǎng)方向相反順磁質(zhì)磁化順磁質(zhì)磁化大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中

5、的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)在外場(chǎng)作用下，分子磁矩要轉(zhuǎn)向，同時(shí)每個(gè)分子中的所有電在外場(chǎng)作用下，分子磁矩要轉(zhuǎn)向，同時(shí)每個(gè)分子中的所有電子也都產(chǎn)生感應(yīng)磁矩。子也都產(chǎn)生感應(yīng)磁矩。則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)則磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場(chǎng)與外場(chǎng)方向相同與外場(chǎng)方向相同三三. 有磁介質(zhì)的磁高斯定理有磁介質(zhì)的磁高斯定理磁介質(zhì)存在時(shí)，磁感應(yīng)線仍是一系列無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線磁介質(zhì)存在時(shí)，磁感應(yīng)線仍是一系列無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線(含磁介質(zhì)的磁高斯定理含磁介質(zhì)的磁高斯定理)對(duì)于任意閉合曲面對(duì)于任意閉合曲面S大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)四四. 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理1. 束縛電流束縛

6、電流以無(wú)限長(zhǎng)螺線管為例以無(wú)限長(zhǎng)螺線管為例順順磁磁質(zhì)質(zhì)在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：在磁介質(zhì)內(nèi)部的任一小區(qū)域：相鄰的分子環(huán)流的方向相反相鄰的分子環(huán)流的方向相反在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)：在磁介質(zhì)表面處各點(diǎn)：分子環(huán)流未被抵消分子環(huán)流未被抵消形成沿表面流動(dòng)的面電流形成沿表面流動(dòng)的面電流束縛電流束縛電流結(jié)論：結(jié)論：介質(zhì)中磁場(chǎng)由傳導(dǎo)和束縛電流共同產(chǎn)生。介質(zhì)中磁場(chǎng)由傳導(dǎo)和束縛電流共同產(chǎn)生。大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)順順磁磁質(zhì)質(zhì)2. 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Ii 為環(huán)路所包圍的傳導(dǎo)電流。為環(huán)路所包圍的傳導(dǎo)電流。Is 為環(huán)路所包圍的為環(huán)路所包圍的是磁化電是磁化電

7、流，難以測(cè)量流，難以測(cè)量。3. 引入磁場(chǎng)強(qiáng)度引入磁場(chǎng)強(qiáng)度 H 令令式中式中稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率則安培環(huán)路定理就可以寫(xiě)成如下形式則安培環(huán)路定理就可以寫(xiě)成如下形式:磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理一定條件下，可用安培環(huán)路定理求解磁場(chǎng)強(qiáng)度，然后再求解一定條件下，可用安培環(huán)路定理求解磁場(chǎng)強(qiáng)度，然后再求解磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度。大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)例1. 一半徑為R1的無(wú)限長(zhǎng)圓柱形直導(dǎo)線，外面包一層半徑為R2 ，相對(duì)磁導(dǎo)率為 r 的圓筒形磁介質(zhì)。導(dǎo)線中的電流為I 。求磁介質(zhì)內(nèi)外磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。解解: :221d2LIHlrHrR1

8、0Rr 212RIrH21002 RIrHB10Rr R2R1Io r r大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)IrHlHL2drIHBrr20021RrRrIHB2002Rr 1Rr rIH2R2R1Io r r大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)五五. .鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)主要特征主要特征在外場(chǎng)中，鐵磁質(zhì)可使原磁場(chǎng)大大增強(qiáng)。在外場(chǎng)中，鐵磁質(zhì)可使原磁場(chǎng)大大增強(qiáng)。撤去外磁場(chǎng)后，鐵磁質(zhì)仍能保留部分磁性。撤去外磁場(chǎng)后，鐵磁質(zhì)仍能保留部分磁性。1. 磁疇磁疇 磁化微觀機(jī)理磁化微觀機(jī)理鐵磁質(zhì)中自發(fā)磁化的小區(qū)域叫磁疇，磁疇中電子的自旋磁矩鐵磁質(zhì)中自發(fā)磁化的

9、小區(qū)域叫磁疇，磁疇中電子的自旋磁矩整齊排列。整齊排列。無(wú)無(wú)磁化方向與磁化方向與有有 整個(gè)鐵磁質(zhì)的總磁矩為零整個(gè)鐵磁質(zhì)的總磁矩為零同向的磁疇擴(kuò)大同向的磁疇擴(kuò)大磁化方向轉(zhuǎn)向磁化方向轉(zhuǎn)向的方向的方向使磁場(chǎng)大大增強(qiáng)使磁場(chǎng)大大增強(qiáng)外場(chǎng)撤去，被磁化的鐵磁質(zhì)受體內(nèi)雜質(zhì)和外場(chǎng)撤去，被磁化的鐵磁質(zhì)受體內(nèi)雜質(zhì)和內(nèi)應(yīng)力的阻礙，不能恢復(fù)磁化前的狀態(tài)。內(nèi)應(yīng)力的阻礙，不能恢復(fù)磁化前的狀態(tài)。磁疇的磁磁疇的磁化方向化方向大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)2. 宏觀磁化現(xiàn)象宏觀磁化現(xiàn)象 磁滯回線磁滯回線鐵磁質(zhì)中鐵磁質(zhì)中不是線性關(guān)系不是線性關(guān)系 剩磁剩磁矯頑力矯頑力(1) 實(shí)驗(yàn)證明：各種鐵磁質(zhì)的磁化曲線都是實(shí)驗(yàn)證明：各種鐵磁質(zhì)的磁化曲線都是“不可逆不可逆”的，的， 具有磁滯現(xiàn)象具有磁滯現(xiàn)象討論討論(2) 不同材料，矯頑力不同不同材料，矯頑力不同鐵鐵磁磁質(zhì)質(zhì)大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程大學(xué)物理簡(jiǎn)明教程磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第10章 穩(wěn)恒磁場(chǎng)(4) 鐵磁材料的應(yīng)用鐵磁材料的應(yīng)用HC 較小較小HC較大較大易磁化，易退磁易磁化，易退磁剩磁較強(qiáng)，不易退磁剩磁較強(qiáng)，不易退磁可作變壓器、電機(jī)、可作變壓器、電機(jī)、電磁鐵的鐵