磁介質(zhì)(大學(xué)物理教材PPT)

1、第第13章章 穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng) 磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)第第5 5篇篇 電磁學(xué)電磁學(xué)( (磁學(xué)磁學(xué)4)4)（Magnetic Field in Magnetic Medium） 13.5 13.5 磁磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)介質(zhì)中的磁場(chǎng) 物質(zhì)的磁性來(lái)源于分子電流。分子電流等效一個(gè)圓物質(zhì)的磁性來(lái)源于分子電流。分子電流等效一個(gè)圓電流，產(chǎn)生分子電流磁矩，簡(jiǎn)稱電流，產(chǎn)生分子電流磁矩，簡(jiǎn)稱“分子磁矩分子磁矩”。分子磁矩分子磁矩m1 1、磁介質(zhì)的磁化、磁介質(zhì)的磁化-rI22122mISe re r212mer 分子磁矩包含軌道磁矩和自旋磁矩。分子磁矩包含軌道磁矩和自旋磁矩。在外磁場(chǎng)在外磁場(chǎng) 作用下，

2、分子磁矩沿外磁作用下，分子磁矩沿外磁場(chǎng)方向取向，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)場(chǎng)方向取向，產(chǎn)生附加磁場(chǎng) 0BB磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化BBB0磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)：磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)： 的大小和方向隨磁介質(zhì)的不同而異。的大小和方向隨磁介質(zhì)的不同而異。B2 2、三種磁介質(zhì)、三種磁介質(zhì)如如: 錳、鉻、鉑、氮錳、鉻、鉑、氮如如: 水銀、銅、硫、氫、金、銀水銀、銅、硫、氫、金、銀如如: 鐵、鎳、鈷、鐵氧體鐵、鎳、鈷、鐵氧體順磁質(zhì)順磁質(zhì) 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)rBB00BBr 與與 同方向同方向, , 使使0BB B0B0BB 與與 反方向反方向, , 使使B0B0BB 與與 同方向同方向, , 且且 使使B0B0BB 對(duì)任何均

3、勻各向同性的磁介質(zhì)均有對(duì)任何均勻各向同性的磁介質(zhì)均有 叫磁介質(zhì)的叫磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率，隨介質(zhì)種類或狀態(tài)而異。，隨介質(zhì)種類或狀態(tài)而異。r螺線管內(nèi)螺線管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)后的磁場(chǎng)充滿均勻磁介質(zhì)后的磁場(chǎng)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r0nInIBBrr00 順磁質(zhì)順磁質(zhì)1r如：鋁如：鋁0000211.r抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)1r如：銅如：銅999900.r 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)1r如：純鐵如：純鐵5000200r 真空真空1r3 3、磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理、磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理 ( (簡(jiǎn)述簡(jiǎn)述) )抗磁質(zhì)抗磁質(zhì): 軌道磁矩和自旋磁矩相互抵消軌道磁矩和自旋磁矩相互抵消, , 分子沒(méi)有磁矩分子沒(méi)有磁

4、矩 , , 加上外磁場(chǎng)時(shí)加上外磁場(chǎng)時(shí), , 分子產(chǎn)生感應(yīng)磁矩分子產(chǎn)生感應(yīng)磁矩 與外磁場(chǎng)方向相反與外磁場(chǎng)方向相反, , 使使合成磁場(chǎng)略有減弱合成磁場(chǎng)略有減弱. .0mmp超到材料超到材料 r = 0 B=0 完全抗磁性完全抗磁性 順磁質(zhì)順磁質(zhì) 分子固有磁矩分子固有磁矩 , , 但無(wú)但無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)外磁場(chǎng)時(shí), , 分子磁矩取向混亂分子磁矩取向混亂, , 相互抵消相互抵消 , , 加上外磁加上外磁場(chǎng)場(chǎng), , 分子磁矩趨向外場(chǎng)方向分子磁矩趨向外場(chǎng)方向, , 使使磁介質(zhì)中的合成磁場(chǎng)略有加強(qiáng)磁介質(zhì)中的合成磁場(chǎng)略有加強(qiáng)0m 0m即即: 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)分子固有磁矩等于零分子固有磁矩等于零0m 0m無(wú)外磁場(chǎng)無(wú)外磁場(chǎng)：

5、 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) (后述后述)4 4、 矢量及其環(huán)路定理矢量及其環(huán)路定理Hr以充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為以充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為 的磁介質(zhì)的螺線管為例的磁介質(zhì)的螺線管為例, , 管內(nèi)真空管內(nèi)真空時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 . .0B磁介質(zhì)磁化后的宏觀效果是：介質(zhì)表面出現(xiàn)環(huán)形電流磁介質(zhì)磁化后的宏觀效果是：介質(zhì)表面出現(xiàn)環(huán)形電流I Is s（電流（電流密度為密度為 ）。）。sj)(sLIIl dB000B sj磁化電流面密度磁化電流面密度Babcd0I0BsI取積分回路取積分回路abcd如圖如圖, , 由安培環(huán)路定理由安培環(huán)路定理)(sLIIl dB00磁化電流磁化電流 不易測(cè)量不易測(cè)量, ,要消去要消去sIB

6、BB0BBB0對(duì)順磁質(zhì)對(duì)順磁質(zhì)00000,sBnIBjBnI000nIjnIBs)(即000nIjs000IabjIss00000IIIl dBL)(0Il dBL或0B sjBabcd0I0Il dHL0Il dBL令令 稱為稱為磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度, , 單位是單位是 A/ /mrBBH0磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理是一個(gè)輔助量是一個(gè)輔助量, ,描述磁場(chǎng)性質(zhì)的量是描述磁場(chǎng)性質(zhì)的量是 而非而非HHB注意注意: :H 的環(huán)流只與積分回路的環(huán)流只與積分回路L L內(nèi)包圍的傳導(dǎo)電流有關(guān)內(nèi)包圍的傳導(dǎo)電流有關(guān), , 與磁化電流無(wú)關(guān)?；蛘哒f(shuō)磁化電流對(duì)與磁化電流無(wú)關(guān)?；蛘哒f(shuō)磁化電流對(duì) 的環(huán)流無(wú)的

7、環(huán)流無(wú)貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)H例題、例題、一半徑為一半徑為 R1 的無(wú)限長(zhǎng)圓柱形直導(dǎo)線，外面包一層半的無(wú)限長(zhǎng)圓柱形直導(dǎo)線，外面包一層半徑為徑為 R2 ，相對(duì)磁導(dǎo)率為，相對(duì)磁導(dǎo)率為 r 的圓筒形磁介質(zhì)。通過(guò)導(dǎo)線的的圓筒形磁介質(zhì)。通過(guò)導(dǎo)線的電流為電流為 I 。求磁介質(zhì)內(nèi)外磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。求磁介質(zhì)內(nèi)外磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。解解2212rRIrHl dHL10Rr 212RIrH21002 RIrHB10Rr R2R1Io r rIrHl dHL2rIHBrr20021RrRrIHB2002Rr 1Rr rIH2R2R1Io r r5 5、鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（1 1）磁疇）磁疇鐵磁質(zhì)相鄰原子間存在很強(qiáng)的交換耦合作用，使得無(wú)

8、外場(chǎng)時(shí)鐵磁質(zhì)相鄰原子間存在很強(qiáng)的交換耦合作用，使得無(wú)外場(chǎng)時(shí)自自旋磁矩在小范圍內(nèi)自發(fā)排列形成一些很小的自發(fā)磁化區(qū)域旋磁矩在小范圍內(nèi)自發(fā)排列形成一些很小的自發(fā)磁化區(qū)域 磁疇磁疇 無(wú)外場(chǎng)時(shí)，磁疇取向混亂，有外場(chǎng)時(shí)，無(wú)外場(chǎng)時(shí)，磁疇取向混亂，有外場(chǎng)時(shí)，磁疇趨向外場(chǎng)方向，形成更大的磁疇，大大磁疇趨向外場(chǎng)方向，形成更大的磁疇，大大加強(qiáng)了原來(lái)的磁場(chǎng)。加強(qiáng)了原來(lái)的磁場(chǎng)。 鐵磁質(zhì)的磁化與溫度有關(guān)，溫度升高，磁化能力減弱，溫鐵磁質(zhì)的磁化與溫度有關(guān)，溫度升高，磁化能力減弱，溫度達(dá)到某一值時(shí)，鐵磁性消失，介質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度度達(dá)到某一值時(shí)，鐵磁性消失，介質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度叫居里點(diǎn)叫居里點(diǎn)鐵的居里點(diǎn)為鐵的居里

9、點(diǎn)為 1040 K， 鈷的居里點(diǎn)為鈷的居里點(diǎn)為 1388 K鎳的居里點(diǎn)為鎳的居里點(diǎn)為 631 K（2）磁化曲線）磁化曲線 （B H曲線）曲線）鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的 很大很大，且非常數(shù)且非常數(shù)， 曲線非線性曲線非線性HB r順、抗磁質(zhì)的順、抗磁質(zhì)的 是一常數(shù)是一常數(shù)， 為一直線為一直線HBrBHBH順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)maxB鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（3 3）磁滯回線）磁滯回線 鐵磁質(zhì)在交變磁場(chǎng)中磁化一周，鐵磁質(zhì)在交變磁場(chǎng)中磁化一周，B隨隨H變化的曲線形成變化的曲線形成一回線一回線B的變化落后的變化落后H的變化的變化 磁滯磁滯 剩磁剩磁rB 矯頑力矯頑力cH不同的鐵磁質(zhì)，有不同的磁滯不同的鐵磁質(zhì)，有不同的磁滯回線，回線， 不同不同crHB ,回線面積稱為磁滯損耗?；鼐€面積稱為磁滯損耗。軟磁質(zhì)：軟磁質(zhì)：BrHcHcHBo磁導(dǎo)率大，磁導(dǎo)率大， 小，小， 小，小，磁滯磁滯回線回線細(xì)長(zhǎng)，磁滯損耗低，適合細(xì)長(zhǎng)，磁滯損耗低，適合用于制造變壓器、交流電機(jī)的用于制造變壓器、交流電機(jī)的鐵心鐵心cHrB磁滯回線磁滯回線BHBrHcHc磁導(dǎo)率大，矯頑力大，剩磁磁導(dǎo)率大，矯頑力大，剩磁也大，面積肥大，磁滯損耗也大，面積肥大，磁滯損耗大，適合用于制造永久磁鐵