物理磁學(xué)第四節(jié)

物理磁學(xué)第四節(jié)第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日一、磁介質(zhì)及其分類

磁介質(zhì)：放入磁場(chǎng)后受磁場(chǎng)影響（磁化）反過(guò)來(lái)又影響磁場(chǎng)的介質(zhì)稱為“磁介質(zhì)”。1、磁場(chǎng)會(huì)使磁介質(zhì)磁化§8-7磁介質(zhì)的磁化和分類分子電流：把分子或原子看作一個(gè)整體，分子或原子中各個(gè)電子對(duì)外界所產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和，可用一個(gè)等效的圓電流表示，統(tǒng)稱為分子電流。I分子磁矩第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)外磁場(chǎng)有外磁場(chǎng)磁化電流

第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日磁化電流

磁化面電流

介質(zhì)磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏觀效果是在介質(zhì)橫截面邊緣出現(xiàn)環(huán)形電流，這種電流稱為磁化電流Is又叫分子面電流。第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2、處于磁化狀態(tài)的磁介質(zhì)使磁場(chǎng)發(fā)生變化磁介質(zhì)中的總磁感應(yīng)強(qiáng)度為：傳導(dǎo)電流I激發(fā)的磁場(chǎng)磁化電流Is激發(fā)的磁場(chǎng)定義：磁化電流與傳導(dǎo)電流的區(qū)別：（1）磁化電流是分子電流規(guī)則排列的宏觀反映，并不伴隨電荷的定向運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生熱效應(yīng)。而傳導(dǎo)電流是由大量電荷作定向運(yùn)動(dòng)而形成的。（2）磁化電流在磁效應(yīng)方面與傳導(dǎo)電流相當(dāng)。第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（1）順磁性介質(zhì)：

介質(zhì)磁化后呈弱磁性。附加磁場(chǎng)B與外場(chǎng)Bo同向。B>Bo,r>1（2）抗磁性介質(zhì)：

介質(zhì)磁化后呈弱磁性。附加磁場(chǎng)B與外場(chǎng)Bo反向。B<Bo,r<1（3）鐵磁性介質(zhì)：

介質(zhì)磁化后呈強(qiáng)磁性。附加磁場(chǎng)B與外場(chǎng)Bo同向。B>>Bo,r>>1（4）超導(dǎo)體(完全抗磁體）：B=0四類磁介質(zhì)：第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日§8-8有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度：把分子所具有的磁矩統(tǒng)稱為分子磁矩，用符號(hào)表示。1.分子磁矩2.附加磁矩：因進(jìn)動(dòng)而產(chǎn)生的等效磁矩稱為附加磁矩，用符號(hào)表示。3.磁化強(qiáng)度（）反映磁介質(zhì)磁化程度(大小與方向)的物理量。磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)所有分子固有磁矩的矢量和

加上附加磁矩的矢量和，稱為磁化強(qiáng)度，用表示。一、基本概念第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日均勻磁化非均勻磁化磁化強(qiáng)度的單位：

注意：對(duì)順磁質(zhì)，可以忽略；對(duì)抗磁質(zhì)，對(duì)于真空，。外磁場(chǎng)為零，磁化強(qiáng)度為零。外磁場(chǎng)不為零:順磁質(zhì)抗磁質(zhì)第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日二、磁化電流（Is）的大小設(shè)介質(zhì)表面沿軸線方向單位長(zhǎng)度上的磁化電流為（磁化面電流的線密度），則長(zhǎng)為l的一段介質(zhì)上的磁化電流強(qiáng)度IS為總磁矩磁化強(qiáng)度第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日取一長(zhǎng)方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質(zhì)內(nèi)部，平行與柱體軸線，長(zhǎng)度為l，而B(niǎo)C、AD兩邊則垂直于柱面。

磁化強(qiáng)度對(duì)閉合回路的線積分等于通過(guò)回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流。第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日三、有磁介質(zhì)存在時(shí)的安培環(huán)路定理有介質(zhì)存在時(shí)的高斯定理磁介質(zhì)磁化磁化電流附加磁場(chǎng)作用疊加磁感應(yīng)線均為閉合曲線，都屬于渦旋場(chǎng)高斯定理仍然成立：——普遍適用第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日有介質(zhì)存在時(shí)的安培環(huán)路定理外磁場(chǎng)由傳導(dǎo)電流產(chǎn)生，且磁場(chǎng)中有磁介質(zhì)時(shí)，磁場(chǎng)中任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為傳導(dǎo)電流和磁化電流共同產(chǎn)生。磁場(chǎng)中安培環(huán)路定理為改寫(xiě)上式為磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任一閉合回路L的環(huán)流，等于穿過(guò)回路所包圍面積的傳導(dǎo)電流和總磁化電流的代數(shù)和的倍。第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日定義磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任一閉合回路的環(huán)流，等于閉合回路所包圍并穿過(guò)的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而在形式上與磁介質(zhì)中磁化電流無(wú)關(guān)。有介質(zhì)存在時(shí)的安培環(huán)路定理為或第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）是輔助量，決定運(yùn)動(dòng)電荷受力的仍為磁感應(yīng)強(qiáng)度比例系數(shù)——磁介質(zhì)的磁化率，大小僅與磁介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，是單位為1的量。（1）H單位（SI）：（4）由實(shí)驗(yàn)，對(duì)各向同性均勻磁介質(zhì)，有（3）此式普遍適用。表示在磁場(chǎng)中任一點(diǎn)處，三個(gè)物理量是點(diǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)系。第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（5）由得適用于各向同性磁介質(zhì)則有令將代入上式得相對(duì)磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)真空磁場(chǎng)：對(duì)各向同性不均勻磁介質(zhì)：——兩者為非線性關(guān)系。對(duì)各向同性均勻磁介質(zhì)：對(duì)鐵磁質(zhì)：第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理的應(yīng)用對(duì)稱性分布的傳導(dǎo)電流和磁介質(zhì)各向同性均勻磁介質(zhì)第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日

例一電纜由半徑為的長(zhǎng)直導(dǎo)線和套在外面單位內(nèi)、外半徑分別為和的同軸導(dǎo)體圓筒組成，其間充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為的各向同性順磁質(zhì)。電流I由中心導(dǎo)體流入，由外面圓筒流出。求磁場(chǎng)分布和緊貼中心導(dǎo)線的磁介質(zhì)表面的磁化電流。

解：由對(duì)稱性分析，線和線都是在垂直于軸線的平面內(nèi)，并以軸線上某點(diǎn)為圓心的同心圓。取距軸線距離r為半徑的圓為安培環(huán)路L，順時(shí)針繞行，則有第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日（2）由安培環(huán)路定理得所以又第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日§8-9鐵磁質(zhì)

鐵磁質(zhì)是一種強(qiáng)磁質(zhì)，磁化后的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，因此用途廣泛。鐵、鈷、鎳以及許多合金都屬于鐵磁質(zhì)。本世紀(jì)初:電機(jī)制造,通訊器件50年代以后:計(jì)算機(jī)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展用于信息的存儲(chǔ)和記錄（磁盤(pán)、磁帶等）

第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日一、磁化曲線和磁滯回線測(cè)量磁化曲線的實(shí)驗(yàn)裝置螺繞環(huán)05101520磁強(qiáng)計(jì)BG鐵環(huán)狹縫測(cè)量B

的探頭（霍耳元件）電流表電阻測(cè)量H換向開(kāi)關(guān)第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日1.磁化曲線B/TH(A/m)0.21.61.41.21.00.80.60.4200400600800100018765432B=B/H結(jié)論：B/TH(A/m)0BACBsOA段：B隨H線性增加AB段：B隨H急劇增加BC段：B隨H緩慢增加C以后：B=BS第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.磁滯回線AD-HcHsBsBCBr-Hs-BsEFHc-BrOA稱為起始磁化曲線Hs稱為飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度Br稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Hc稱為矯頑力oBH（反映保持剩余狀態(tài)的能力）總體：B落后于H的變化第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日B和H呈非線性關(guān)系，不是一個(gè)恒量，B不能由H單值確定磁滯現(xiàn)象：B的變化落后于H的變化

能產(chǎn)生非常強(qiáng)的附加磁場(chǎng)B′,B′甚至是外磁場(chǎng)的千百倍。而且與外場(chǎng)同方向高值存在磁滯損耗：磁滯損耗與磁滯回線面積成正比磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁體在交變磁化磁場(chǎng)的作用下，它的形狀隨之改變。二、鐵磁質(zhì)的特點(diǎn)臨界溫度：各種鐵磁質(zhì)各有一臨界溫度，稱為居里點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，失去鐵磁性，成為順磁質(zhì)。第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日三、鐵磁質(zhì)的分類軟磁材料：磁滯回線細(xì)而窄，矯頑力小。HB

磁滯損耗小，容易磁化，容易退磁，適用于交變磁場(chǎng)。如制造電機(jī)，變壓器等的鐵芯。第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日

硬磁材料：磁滯回線較寬，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力都比較大。HB不易退磁適合于制造永磁體第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日HB

矩磁材料：磁滯回線接近于矩形，剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br接近于飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs。適合于制作記錄磁帶及計(jì)算機(jī)的記憶元件第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日

形成原因：相鄰鐵原子中的電子間存在著“強(qiáng)交換耦合作用”，此作用促使相鄰原子中電子的的自旋磁矩平行排列，形成“磁疇”。磁疇體積：10-8m3鐵磁質(zhì)的臨界溫度“居里點(diǎn)”鐵的居里點(diǎn)：T=1040K鎳的居里點(diǎn)：T=631K。

四、鐵磁性的起因在鐵磁質(zhì)中存在著自發(fā)磁化的微小區(qū)域磁疇第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日鐵磁性的起因第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日磁飽和狀態(tài)自發(fā)磁化壁移與夾角較小的磁疇擴(kuò)展自己的范圍轉(zhuǎn)向壁移第三十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日磁滯現(xiàn)象：