教學(xué)第11章-磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)課件

第11章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)1.磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度2.有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度3.鐵磁質(zhì)重點(diǎn)：

磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響、H的環(huán)路定理內(nèi)容：難點(diǎn)：

抗磁質(zhì)的磁化機(jī)理第11章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)1.磁介質(zhì)磁111.1磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度磁介質(zhì)的磁化觀察鐵芯對(duì)電磁感應(yīng)的影響使線圈中的磁通量大大增加11.1磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度磁介質(zhì)的磁化觀察鐵芯對(duì)2實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果在載流導(dǎo)線周圍空間不是真空，而是充滿某種各向同性的磁介質(zhì)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度增加r倍r稱為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率(1)r>1：順磁質(zhì)，如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。(2)r<1：抗磁質(zhì)，如氮、水、銅、銀、金、鉍等。(3)r>>1：鐵磁質(zhì)，如鐵、鈷、鎳等r=0表示完全抗磁性，如超導(dǎo)體是理想的抗磁體11.1.1磁介質(zhì)的三種類型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果在載流導(dǎo)線周圍空間不是真空，而是充滿某種各向同311.1.2順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁化的微觀機(jī)理原子中的電子繞原子核以速率v

作半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)——電子的軌道磁矩演示動(dòng)畫：電子的軌道運(yùn)動(dòng)（1）分子磁矩：m原子中電子除了作繞核的軌道運(yùn)動(dòng)外，還有自旋，相應(yīng)地有自旋磁矩原子核也作自旋—核自旋磁矩分子磁矩m是電子軌道磁矩、電子自旋磁矩、核自旋磁矩的矢量和分子磁矩磁效應(yīng)總和等效一圓電流11.1.2順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁化的微觀機(jī)理原子4（2）順磁質(zhì)——有固有磁矩（即通常情況下各磁矩矢量和不為零）抗磁質(zhì)——沒有固有磁矩（即通常情況下各磁矩矢量和為零），在外磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁矩（3）磁介質(zhì)磁化沒有外磁場(chǎng)順磁質(zhì)在外磁場(chǎng)中在無外磁場(chǎng)時(shí)，分子磁矩排列雜亂，宏觀上不產(chǎn)生磁效應(yīng)，溫度越高順磁效應(yīng)越弱。（2）順磁質(zhì)——有固有磁矩（即通常情況下各磁矩矢量和不為零）5分子電流觀點(diǎn)分子環(huán)流一個(gè)分子相當(dāng)于一個(gè)環(huán)行電流分子磁矩?zé)o外磁場(chǎng)時(shí)，分子環(huán)流的取向雜亂無章，磁矩相互抵消演示動(dòng)畫：磁化面電流分子電流觀點(diǎn)分子環(huán)流一個(gè)分子相當(dāng)于一個(gè)環(huán)行電流分子磁矩?zé)o外磁6I0I0I/I/I/勵(lì)磁電流磁化電流0I0I0I/I/I/勵(lì)磁電流磁化電流07在外磁場(chǎng)中分子磁矩將不同程度地沿外磁場(chǎng)方向排列起來，在宏觀上呈現(xiàn)出附加磁場(chǎng)，這個(gè)附加磁場(chǎng)的方向與外磁場(chǎng)方向相同，使介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度增加。順磁場(chǎng)在外磁場(chǎng)中的磁化過程稱為取向磁化。對(duì)順磁質(zhì)B/與B0同向則磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)為：B=B0+B/在外磁場(chǎng)中分子磁矩將不同程度地沿外磁場(chǎng)8對(duì)抗磁質(zhì)，以電子軌道磁矩為例加上外磁場(chǎng)后，電子將受到洛倫茲力。簡(jiǎn)單起見，設(shè)電子軌道平面與磁場(chǎng)垂直。（1）與B同向時(shí)此時(shí)洛倫茲力向心，設(shè)軌道半徑不變，由洛倫茲力引起的方向與0同向,有=0+?？傻弥?，而的方向與外磁場(chǎng)B同向，原有的磁矩m0有改變量為m，m為附加磁矩，方向與外磁場(chǎng)B反向。I對(duì)抗磁質(zhì)，以電子軌道磁矩為例加上外磁場(chǎng)后，電子將受到洛倫茲9（2）與B反向時(shí)此時(shí)洛倫茲力離心，設(shè)軌道半徑不變，由洛倫茲力引起的方向與0反向,有=0-，同樣分析可得有同樣的值，且的方向仍與外磁場(chǎng)B同向，原有的磁矩m0的改變量為m，附加磁矩m方向還是與外磁場(chǎng)B反向。－附加磁矩m與B反向I（2）與B反向時(shí)此時(shí)洛倫茲力離心，設(shè)軌道半徑不變，由洛倫茲10以上只討論0與B平行的情況，理論上可證明，當(dāng)兩者成任何角度時(shí)，總與B同向，從而產(chǎn)生的附加磁矩m總與B反向，抗磁質(zhì)無固有磁矩，這是因?yàn)槠渲性械母鱾€(gè)電子的磁矩方向無規(guī)則，相互抵消了。外加磁場(chǎng)后產(chǎn)生的附加磁矩卻與B反向－抗磁質(zhì)的來源。超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)超導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)完全抵消外磁場(chǎng)－－完全抗磁體以上只討論0與B平行的情況，理論上可證明，當(dāng)兩者成任何角度1111.1.3磁化強(qiáng)度（1）定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和在外磁場(chǎng)中若單位體積內(nèi)的分子環(huán)流數(shù)為n，則分子環(huán)流m分子I設(shè)磁介質(zhì)內(nèi)每個(gè)分子的電流環(huán)一樣，環(huán)的面積為a（矢量面元為)，環(huán)電流為I，故磁矩為(平均磁矩）11.1.3磁化強(qiáng)度（1）定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的1211.2磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度（1）磁化電流Is與磁化強(qiáng)度M的關(guān)系S的周界線L在周界線上任取一線元被穿過所有分子流有nadlcos個(gè)每個(gè)分子環(huán)流為I，故與套鏈的磁化電流為Inacosdl，即為11.2磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度（1）磁化電13設(shè)介質(zhì)表面單位長度上的磁化電流（面磁化電流密度）為is，則（即被矩形回路所套鏈的磁化電流有）介質(zhì)外M=0若磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度M已知,可以計(jì)算它產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)B/，繼而計(jì)算介質(zhì)中的總磁場(chǎng)設(shè)介質(zhì)表面單位長度上的磁化電流（面磁化電流密度）為is，則14（2）磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H與有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理定義磁場(chǎng)強(qiáng)度：有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理真空時(shí):則（2）磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H與有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理定義磁場(chǎng)強(qiáng)度：有15

沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。

H的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流I有關(guān)，與介質(zhì)無關(guān)。磁場(chǎng)強(qiáng)度H與在有電介質(zhì)的靜電場(chǎng)中引入的電位移D相似，它們都是輔助物理量?！么艌?chǎng)強(qiáng)度表述的安培環(huán)路定理傳導(dǎo)電流和磁化電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線都是無頭無尾的閉合曲線。因此，對(duì)任意閉合曲面S

磁場(chǎng)高斯定理依然成立沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所16實(shí)驗(yàn)指出，在各向同性磁介質(zhì)中，任一點(diǎn)的磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比，即令（1+k）＝r，稱為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，則有令0r＝，稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，則有實(shí)驗(yàn)指出，在各向同性磁介質(zhì)中，任一點(diǎn)的磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H17例11－2:將磁導(dǎo)率為的鐵磁質(zhì)做成一細(xì)圓環(huán)，在環(huán)上均勻密繞著線圈，就成為有鐵芯的環(huán)形螺線管（亦稱螺繞環(huán)）。設(shè)單位長度的導(dǎo)線匝數(shù)n=500，當(dāng)導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度I=4A時(shí)，=5.0×10-4H/m。計(jì)算（1）環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度值H、磁感應(yīng)強(qiáng)度值B；（2）磁介質(zhì)的磁化電流線密度。解：（1）環(huán)形螺線管的磁場(chǎng)幾乎全部集中在環(huán)內(nèi)，其磁力線是一系列圓心在對(duì)稱軸上的圓，在同一條磁力線上各點(diǎn)的H值相等，各點(diǎn)的H矢量都沿磁力線的切線方向。取過環(huán)內(nèi)任一點(diǎn)P的磁力線L為積分環(huán)路，由安培環(huán)路定律例11－2:將磁導(dǎo)率為的鐵磁質(zhì)做成一細(xì)圓環(huán)，在環(huán)上均勻18其中L為積分環(huán)路的長度，N為環(huán)形螺線管的總匝數(shù)。因?yàn)殍F芯是細(xì)圓環(huán)，截面積很小，環(huán)內(nèi)各點(diǎn)的H值可以認(rèn)為相等，通過任一點(diǎn)的磁力線長度L可認(rèn)為等于螺線管中心線的長度，所以n=N/L，由上式有H=nI=500×4=2×103A/mB=H=5.0×10-4×2×103=1.0T（2）和長值螺線管一樣，環(huán)形螺線管的磁化面電流也與傳導(dǎo)電流的方向相同，由疊加原理，磁化面電流產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度：B/=B－B0=0nIs，而傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)：B0=0nI，所以B/=nI-0nI=(-0)nI=0nIs其中L為積分環(huán)路的長度，N為環(huán)形螺線管的總匝數(shù)。因?yàn)殍F芯是細(xì)19把nIs=iS，即管內(nèi)磁介質(zhì)單位長度的磁化電流，就是磁化電流線密度，由上式B/=0is=(－0)nI得或由得把nIs=iS，即管內(nèi)磁介質(zhì)單位長度的磁化電流，就是磁化電流20例：有一長圓柱形載流導(dǎo)體，其相對(duì)磁導(dǎo)率為r，半徑為R，有電流沿軸線方向在圓柱截面上均勻分布，導(dǎo)體外為真空，求磁場(chǎng)分布。解：在圓柱內(nèi)取一同心回路得：方向與I成右手螺旋關(guān)系方向與I成右手螺旋關(guān)系0r例：有一長圓柱形載流導(dǎo)體，其相對(duì)磁導(dǎo)率為r，半徑為R，有電21在圓柱外取一同心回路得：方向與I成右手螺旋關(guān)系方向與I成右手螺旋關(guān)系磁場(chǎng)分布如圖0r在圓柱外取一同心回路得：方向與I成右手螺旋關(guān)系方向與I成右22作業(yè)11－1、2、3作業(yè)11－1、2、323鐵磁質(zhì)的性質(zhì)（1）相對(duì)磁導(dǎo)率非常大；（2）磁導(dǎo)率不是恒量,隨所在處磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化，B與H不是線性關(guān)系.在居里點(diǎn)，磁性發(fā)生突變。當(dāng)溫度在居里點(diǎn)以上時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì)。各種材料的居里點(diǎn)不同，如鐵是1040K。（4）外磁場(chǎng)撤去后,仍能保留部分磁性，存在磁滯現(xiàn)象。11.3鐵磁質(zhì)能產(chǎn)生特別強(qiáng)的附加磁場(chǎng)，使鐵磁質(zhì)中的磁場(chǎng)增強(qiáng)102~104倍。

（3）鐵磁質(zhì)磁化存在一居里點(diǎn)。鐵磁質(zhì)的性質(zhì)（1）相對(duì)磁導(dǎo)率非常大；（2）磁導(dǎo)率不是恒量,隨2411.3.1B－H、－H磁化曲線用待測(cè)的鐵磁質(zhì)為芯制成的螺線環(huán)，當(dāng)線圈中通以電流I0

時(shí)，環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H=nI0

，通過測(cè)量電流I0，就得到鐵磁芯磁化的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，當(dāng)原線圈中電流變化時(shí)，副線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由此可測(cè)環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，B的變化總落后于H。I0nBGI0B－H磁滯曲線11.3.1B－H、－H磁化曲線用待測(cè)的25演示動(dòng)畫：磁滯回線（1）起始磁化曲線從未磁化到飽和磁化從未磁化到飽和磁化飽和磁化強(qiáng)度演示動(dòng)畫：磁滯回線（1）起始磁化曲線從未磁化到飽和磁化從未磁26測(cè)出磁導(dǎo)率,鐵磁質(zhì)的不是常數(shù)，隨H的變化而變。

根據(jù)有起始磁導(dǎo)率，最大磁導(dǎo)率。－H磁化曲線測(cè)出磁導(dǎo)率,鐵磁質(zhì)的不是常數(shù)，隨H的變化而變。根據(jù)有起始27MR－剩余磁化強(qiáng)度；BR－剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；HC－矯頑力B(或M）總是落后于H，如H=0，B=BR,H=-HC,B=0MR－剩余磁化強(qiáng)度；BR－剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；HC－矯頑力B(28鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化時(shí)會(huì)發(fā)熱，有能量損耗，磁滯回線所包圍的面積越大，磁滯損耗越大。

鐵磁質(zhì)的分類不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線有很大差異。圖為三種鐵磁材料的磁滯回線鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化時(shí)會(huì)發(fā)熱，有能量29硬磁材料硬磁材料的性能參量－最大磁能積（BH)m軟磁材料矯頑力HC小，磁滯回線細(xì)窄，易磁化、易退磁。切斷電源后無剩磁，如應(yīng)用于變壓器的鐵心。磁滯回線寬肥，磁化后可長久保持很強(qiáng)磁性，可作永久磁鐵如電流計(jì)中的永磁鐵。硬磁材料硬磁材料的性能參量－最大磁能積（BH)m軟磁材料矯頑30矩磁材料

磁滯回線呈矩形，在兩個(gè)方向上的剩磁可用于表示二進(jìn)制的“0”和“1”，用于隨機(jī)存取信息的存儲(chǔ)器中。矩磁材料磁滯回線呈矩形，在兩個(gè)方向上的剩磁可用于表示二進(jìn)制31三.鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)磁疇

鐵磁性主要來源于電子的自旋磁矩。按量子效應(yīng)，自旋磁矩趨向能量較低的平行排列狀態(tài)，即使沒有外磁場(chǎng)，自旋磁矩也可以自發(fā)地形成一個(gè)個(gè)磁化區(qū)——磁疇磁疇是自發(fā)的磁化區(qū)域。磁疇的體積約為1012~108米3，其中含有約1017~1021個(gè)分子

。每一磁疇中，各原子的排列很整齊，因此具有很強(qiáng)的磁性。但不同的磁疇排列方向彼此不同,所以沒有外磁場(chǎng)時(shí)，各磁疇磁矩相互抵消，對(duì)外不顯磁性.磁疇沒有外磁場(chǎng)時(shí)：三.鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)磁疇鐵磁性主要來32加上外磁場(chǎng):在外磁場(chǎng)較弱時(shí)，自發(fā)磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同或相近的那些磁疇逐漸增大（疇壁位移）。在外磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，磁疇自發(fā)磁化方向作為一個(gè)整體，不同程度地轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向。演示動(dòng)畫：鐵磁質(zhì)的磁化沒有外磁場(chǎng)時(shí)加外磁場(chǎng)時(shí)加外磁場(chǎng)時(shí)加外磁場(chǎng)時(shí)加外磁場(chǎng)時(shí)各磁疇磁矩取向趨于一致，且與外磁場(chǎng)方向相同，鐵磁質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁性。通常鐵磁質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)要比外磁場(chǎng)要大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。加上外磁場(chǎng):在外磁場(chǎng)較弱時(shí)，自發(fā)磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同或33

（1）由于被磁化的鐵磁質(zhì)受體內(nèi)雜質(zhì)和內(nèi)應(yīng)力等作用，當(dāng)撤掉外磁場(chǎng)時(shí)磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原來的形狀，因而表現(xiàn)出來磁滯現(xiàn)象。（2）鐵磁質(zhì)還具有磁致伸縮的性質(zhì)，磁致伸縮是因磁疇在外磁場(chǎng)中的取向，改變了晶格間距而引起的。（3）當(dāng)溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)會(huì)瓦解磁疇內(nèi)磁矩的規(guī)則排列；在臨界溫度（居里點(diǎn)）時(shí)，鐵磁質(zhì)完全變成了順磁質(zhì)。用磁疇的觀點(diǎn)解釋鐵磁體磁化過程的特性（4）當(dāng)各磁疇磁矩取向趨于一致，且與外磁場(chǎng)方向相同時(shí)，再增加外磁場(chǎng)強(qiáng)度，鐵磁質(zhì)產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度不再增加了，達(dá)到了磁飽和狀態(tài)。（1）由于被磁化的鐵磁質(zhì)受體內(nèi)雜質(zhì)和內(nèi)應(yīng)力等作用，當(dāng)34鐵>>空氣1，外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)通量中絕大部分將沿鐵殼壁內(nèi)“通過”，進(jìn)入空腔內(nèi)部的磁通量是很少，達(dá)到屏蔽作用。四.磁屏蔽鐵芯具有把磁感應(yīng)線集中到自己內(nèi)部的性質(zhì)，提供了制造磁屏蔽的可能。鐵殼用鐵殼做的磁屏蔽沒有金屬導(dǎo)體殼做的靜電屏蔽效果好，可采用多層鐵殼的辦法，把漏進(jìn)空腔里的磁通一次次地屏蔽掉鐵>>空氣1，外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)通量中絕大部分將沿鐵殼壁內(nèi)35練習(xí)：一螺繞環(huán)共繞有400匝，其導(dǎo)線內(nèi)通過的電流為20A，環(huán)的平均周長是40cm，利用沖擊電流計(jì)測(cè)得環(huán)內(nèi)磁感強(qiáng)度是1.0T。計(jì)算環(huán)內(nèi)：（1）磁場(chǎng)強(qiáng)度；（2）相對(duì)磁導(dǎo)率和磁化面電流。解：（1）利用安培環(huán)路定理，螺線環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度（2）相對(duì)磁導(dǎo)率I0nBGI0練習(xí)：一螺繞環(huán)共繞有400匝，其導(dǎo)線內(nèi)通過的電流為20A，環(huán)36總磁化面電流（3）環(huán)狀磁介質(zhì)表磁化面電流線密度總磁化面電流（3）環(huán)狀磁介質(zhì)表磁化面電流線密度37作業(yè)11－5、6作業(yè)11－5、638第11章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)1.磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度2.有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度3.鐵磁質(zhì)重點(diǎn)：

磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響、H的環(huán)路定理內(nèi)容：難點(diǎn)：

抗磁質(zhì)的磁化機(jī)理第11章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)1.磁介質(zhì)磁3911.1磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度磁介質(zhì)的磁化觀察鐵芯對(duì)電磁感應(yīng)的影響使線圈中的磁通量大大增加11.1磁介質(zhì)磁化強(qiáng)度磁介質(zhì)的磁化觀察鐵芯對(duì)40實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果在載流導(dǎo)線周圍空間不是真空，而是充滿某種各向同性的磁介質(zhì)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度增加r倍r稱為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率(1)r>1：順磁質(zhì)，如氧、鋁、鎢、鉑、鉻等。(2)r<1：抗磁質(zhì)，如氮、水、銅、銀、金、鉍等。(3)r>>1：鐵磁質(zhì)，如鐵、鈷、鎳等r=0表示完全抗磁性，如超導(dǎo)體是理想的抗磁體11.1.1磁介質(zhì)的三種類型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：如果在載流導(dǎo)線周圍空間不是真空，而是充滿某種各向同4111.1.2順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁化的微觀機(jī)理原子中的電子繞原子核以速率v

作半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)——電子的軌道磁矩演示動(dòng)畫：電子的軌道運(yùn)動(dòng)（1）分子磁矩：m原子中電子除了作繞核的軌道運(yùn)動(dòng)外，還有自旋，相應(yīng)地有自旋磁矩原子核也作自旋—核自旋磁矩分子磁矩m是電子軌道磁矩、電子自旋磁矩、核自旋磁矩的矢量和分子磁矩磁效應(yīng)總和等效一圓電流11.1.2順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)磁化的微觀機(jī)理原子42（2）順磁質(zhì)——有固有磁矩（即通常情況下各磁矩矢量和不為零）抗磁質(zhì)——沒有固有磁矩（即通常情況下各磁矩矢量和為零），在外磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁矩（3）磁介質(zhì)磁化沒有外磁場(chǎng)順磁質(zhì)在外磁場(chǎng)中在無外磁場(chǎng)時(shí)，分子磁矩排列雜亂，宏觀上不產(chǎn)生磁效應(yīng)，溫度越高順磁效應(yīng)越弱。（2）順磁質(zhì)——有固有磁矩（即通常情況下各磁矩矢量和不為零）43分子電流觀點(diǎn)分子環(huán)流一個(gè)分子相當(dāng)于一個(gè)環(huán)行電流分子磁矩?zé)o外磁場(chǎng)時(shí)，分子環(huán)流的取向雜亂無章，磁矩相互抵消演示動(dòng)畫：磁化面電流分子電流觀點(diǎn)分子環(huán)流一個(gè)分子相當(dāng)于一個(gè)環(huán)行電流分子磁矩?zé)o外磁44I0I0I/I/I/勵(lì)磁電流磁化電流0I0I0I/I/I/勵(lì)磁電流磁化電流045在外磁場(chǎng)中分子磁矩將不同程度地沿外磁場(chǎng)方向排列起來，在宏觀上呈現(xiàn)出附加磁場(chǎng)，這個(gè)附加磁場(chǎng)的方向與外磁場(chǎng)方向相同，使介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度增加。順磁場(chǎng)在外磁場(chǎng)中的磁化過程稱為取向磁化。對(duì)順磁質(zhì)B/與B0同向則磁介質(zhì)中的磁場(chǎng)為：B=B0+B/在外磁場(chǎng)中分子磁矩將不同程度地沿外磁場(chǎng)46對(duì)抗磁質(zhì)，以電子軌道磁矩為例加上外磁場(chǎng)后，電子將受到洛倫茲力。簡(jiǎn)單起見，設(shè)電子軌道平面與磁場(chǎng)垂直。（1）與B同向時(shí)此時(shí)洛倫茲力向心，設(shè)軌道半徑不變，由洛倫茲力引起的方向與0同向,有=0+?？傻弥?，而的方向與外磁場(chǎng)B同向，原有的磁矩m0有改變量為m，m為附加磁矩，方向與外磁場(chǎng)B反向。I對(duì)抗磁質(zhì)，以電子軌道磁矩為例加上外磁場(chǎng)后，電子將受到洛倫茲47（2）與B反向時(shí)此時(shí)洛倫茲力離心，設(shè)軌道半徑不變，由洛倫茲力引起的方向與0反向,有=0-，同樣分析可得有同樣的值，且的方向仍與外磁場(chǎng)B同向，原有的磁矩m0的改變量為m，附加磁矩m方向還是與外磁場(chǎng)B反向。－附加磁矩m與B反向I（2）與B反向時(shí)此時(shí)洛倫茲力離心，設(shè)軌道半徑不變，由洛倫茲48以上只討論0與B平行的情況，理論上可證明，當(dāng)兩者成任何角度時(shí)，總與B同向，從而產(chǎn)生的附加磁矩m總與B反向，抗磁質(zhì)無固有磁矩，這是因?yàn)槠渲性械母鱾€(gè)電子的磁矩方向無規(guī)則，相互抵消了。外加磁場(chǎng)后產(chǎn)生的附加磁矩卻與B反向－抗磁質(zhì)的來源。超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)超導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)完全抵消外磁場(chǎng)－－完全抗磁體以上只討論0與B平行的情況，理論上可證明，當(dāng)兩者成任何角度4911.1.3磁化強(qiáng)度（1）定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的矢量和在外磁場(chǎng)中若單位體積內(nèi)的分子環(huán)流數(shù)為n，則分子環(huán)流m分子I設(shè)磁介質(zhì)內(nèi)每個(gè)分子的電流環(huán)一樣，環(huán)的面積為a（矢量面元為)，環(huán)電流為I，故磁矩為(平均磁矩）11.1.3磁化強(qiáng)度（1）定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子磁矩的5011.2磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度（1）磁化電流Is與磁化強(qiáng)度M的關(guān)系S的周界線L在周界線上任取一線元被穿過所有分子流有nadlcos個(gè)每個(gè)分子環(huán)流為I，故與套鏈的磁化電流為Inacosdl，即為11.2磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度（1）磁化電51設(shè)介質(zhì)表面單位長度上的磁化電流（面磁化電流密度）為is，則（即被矩形回路所套鏈的磁化電流有）介質(zhì)外M=0若磁介質(zhì)的磁化強(qiáng)度M已知,可以計(jì)算它產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)B/，繼而計(jì)算介質(zhì)中的總磁場(chǎng)設(shè)介質(zhì)表面單位長度上的磁化電流（面磁化電流密度）為is，則52（2）磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H與有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理定義磁場(chǎng)強(qiáng)度：有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理真空時(shí):則（2）磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H與有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理定義磁場(chǎng)強(qiáng)度：有53

沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。

H的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流I有關(guān)，與介質(zhì)無關(guān)。磁場(chǎng)強(qiáng)度H與在有電介質(zhì)的靜電場(chǎng)中引入的電位移D相似，它們都是輔助物理量?！么艌?chǎng)強(qiáng)度表述的安培環(huán)路定理傳導(dǎo)電流和磁化電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)線都是無頭無尾的閉合曲線。因此，對(duì)任意閉合曲面S

磁場(chǎng)高斯定理依然成立沿任一閉合路徑磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所54實(shí)驗(yàn)指出，在各向同性磁介質(zhì)中，任一點(diǎn)的磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H成正比，即令（1+k）＝r，稱為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率，則有令0r＝，稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，則有實(shí)驗(yàn)指出，在各向同性磁介質(zhì)中，任一點(diǎn)的磁化強(qiáng)度M與磁場(chǎng)強(qiáng)度H55例11－2:將磁導(dǎo)率為的鐵磁質(zhì)做成一細(xì)圓環(huán)，在環(huán)上均勻密繞著線圈，就成為有鐵芯的環(huán)形螺線管（亦稱螺繞環(huán)）。設(shè)單位長度的導(dǎo)線匝數(shù)n=500，當(dāng)導(dǎo)線中的電流強(qiáng)度I=4A時(shí)，=5.0×10-4H/m。計(jì)算（1）環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度值H、磁感應(yīng)強(qiáng)度值B；（2）磁介質(zhì)的磁化電流線密度。解：（1）環(huán)形螺線管的磁場(chǎng)幾乎全部集中在環(huán)內(nèi)，其磁力線是一系列圓心在對(duì)稱軸上的圓，在同一條磁力線上各點(diǎn)的H值相等，各點(diǎn)的H矢量都沿磁力線的切線方向。取過環(huán)內(nèi)任一點(diǎn)P的磁力線L為積分環(huán)路，由安培環(huán)路定律例11－2:將磁導(dǎo)率為的鐵磁質(zhì)做成一細(xì)圓環(huán)，在環(huán)上均勻56其中L為積分環(huán)路的長度，N為環(huán)形螺線管的總匝數(shù)。因?yàn)殍F芯是細(xì)圓環(huán)，截面積很小，環(huán)內(nèi)各點(diǎn)的H值可以認(rèn)為相等，通過任一點(diǎn)的磁力線長度L可認(rèn)為等于螺線管中心線的長度，所以n=N/L，由上式有H=nI=500×4=2×103A/mB=H=5.0×10-4×2×103=1.0T（2）和長值螺線管一樣，環(huán)形螺線管的磁化面電流也與傳導(dǎo)電流的方向相同，由疊加原理，磁化面電流產(chǎn)生的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度：B/=B－B0=0nIs，而傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)：B0=0nI，所以B/=nI-0nI=(-0)nI=0nIs其中L為積分環(huán)路的長度，N為環(huán)形螺線管的總匝數(shù)。因?yàn)殍F芯是細(xì)57把nIs=iS，即管內(nèi)磁介質(zhì)單位長度的磁化電流，就是磁化電流線密度，由上式B/=0is=(－0)nI得或由得把nIs=iS，即管內(nèi)磁介質(zhì)單位長度的磁化電流，就是磁化電流58例：有一長圓柱形載流導(dǎo)體，其相對(duì)磁導(dǎo)率為r，半徑為R，有電流沿軸線方向在圓柱截面上均勻分布，導(dǎo)體外為真空，求磁場(chǎng)分布。解：在圓柱內(nèi)取一同心回路得：方向與I成右手螺旋關(guān)系方向與I成右手螺旋關(guān)系0r例：有一長圓柱形載流導(dǎo)體，其相對(duì)磁導(dǎo)率為r，半徑為R，有電59在圓柱外取一同心回路得：方向與I成右手螺旋關(guān)系方向與I成右手螺旋關(guān)系磁場(chǎng)分布如圖0r在圓柱外取一同心回路得：方向與I成右手螺旋關(guān)系方向與I成右60作業(yè)11－1、2、3作業(yè)11－1、2、361鐵磁質(zhì)的性質(zhì)（1）相對(duì)磁導(dǎo)率非常大；（2）磁導(dǎo)率不是恒量,隨所在處磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化，B與H不是線性關(guān)系.在居里點(diǎn)，磁性發(fā)生突變。當(dāng)溫度在居里點(diǎn)以上時(shí)，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)化為順磁質(zhì)。各種材料的居里點(diǎn)不同，如鐵是1040K。（4）外磁場(chǎng)撤去后,仍能保留部分磁性，存在磁滯現(xiàn)象。11.3鐵磁質(zhì)能產(chǎn)生特別強(qiáng)的附加磁場(chǎng)，使鐵磁質(zhì)中的磁場(chǎng)增強(qiáng)102~104倍。

（3）鐵磁質(zhì)磁化存在一居里點(diǎn)。鐵磁質(zhì)的性質(zhì)（1）相對(duì)磁導(dǎo)率非常大；（2）磁導(dǎo)率不是恒量,隨6211.3.1B－H、－H磁化曲線用待測(cè)的鐵磁質(zhì)為芯制成的螺線環(huán)，當(dāng)線圈中通以電流I0

時(shí)，環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H=nI0

，通過測(cè)量電流I0，就得到鐵磁芯磁化的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，當(dāng)原線圈中電流變化時(shí)，副線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由此可測(cè)環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，B的變化總落后于H。I0nBGI0B－H磁滯曲線11.3.1B－H、－H磁化曲線用待測(cè)的63演示動(dòng)畫：磁滯回線（1）起始磁化曲線從未磁化到飽和磁化從未磁化到飽和磁化飽和磁化強(qiáng)度演示動(dòng)畫：磁滯回線（1）起始磁化曲線從未磁化到飽和磁化從未磁64測(cè)出磁導(dǎo)率,鐵磁質(zhì)的不是常數(shù)，隨H的變化而變。

根據(jù)有起始磁導(dǎo)率，最大磁導(dǎo)率。－H磁化曲線測(cè)出磁導(dǎo)率,鐵磁質(zhì)的不是常數(shù)，隨H的變化而變。根據(jù)有起始65MR－剩余磁化強(qiáng)度；BR－剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；HC－矯頑力B(或M）總是落后于H，如H=0，B=BR,H=-HC,B=0MR－剩余磁化強(qiáng)度；BR－剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度；HC－矯頑力B(66鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化時(shí)會(huì)發(fā)熱，有能量損耗，磁滯回線所包圍的面積越大，磁滯損耗越大。

鐵磁質(zhì)的分類不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線有很大差異。圖為三種鐵磁材料的磁滯回線鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下反復(fù)磁化時(shí)會(huì)發(fā)熱，有能量67硬磁材料硬磁材料的性能參量－最大磁能積（BH)m軟磁材料矯頑力HC小，磁滯回線細(xì)窄，易磁化、易退磁。切斷電源后無剩磁，如應(yīng)用于變壓器的鐵心。磁滯回線寬肥，磁化后可長久保持很強(qiáng)磁性，可作永久磁鐵如電流計(jì)中的永磁鐵。硬磁材料硬磁材料的性能參量－最大磁能積（BH)m軟磁材料矯頑68矩磁材料

磁滯回線呈矩形，在兩個(gè)方向上的剩磁可用于表示二進(jìn)制的“0”和“1”，用于隨機(jī)存取信息的存儲(chǔ)器中。矩磁材料磁滯回線呈矩形，在兩個(gè)方向上的剩磁可用于表示二進(jìn)制69三.鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)磁疇