磁介質(zhì)介質(zhì)中安培環(huán)路定理鐵磁質(zhì)hzd

第十一章磁場中的磁介質(zhì)本章教學(xué)內(nèi)容11-1磁介質(zhì)及其磁化11-2磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理11-3

鐵磁質(zhì)了解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋.了解磁場強度的概念以及在各向同性介質(zhì)中H和B的關(guān)系,了解磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理.

了解鐵磁質(zhì)的特性.本章教學(xué)基本要求一磁介質(zhì)及分類介質(zhì)磁化后的附加磁感強度真空中的磁感強度

磁介質(zhì)中的總磁感強度§11-1磁介質(zhì)磁化強度1.

磁介質(zhì)——任何實物都是磁介質(zhì)

反映磁介質(zhì)被磁化后對原磁場的影響程度——相對磁導(dǎo)率

2.

磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場增強原場如金、銀、銅、鋅、水銀、鉛、氫、硫等如錳、鉻、鉑、氧、氮等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導(dǎo)率都非常接近于1。鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)具有顯著的增強原磁場的性質(zhì)——強磁性物質(zhì)如鐵、鈷、鎳等磁介質(zhì)的分類

銅鋁

鐵順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)mr1且~~1~~1且mrmr11磁介質(zhì)的分類及舉例1+101-10-5~~~~~~103-5分子電流和分子固有磁矩二磁化機理分子固有磁矩：軌道運動軌道磁矩自旋運動自旋磁矩原子核電子核磁矩

分子中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量總和反向時

抗磁質(zhì)的分子固有磁矩為零

抗磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)的磁化同向時分子的附加磁矩與外磁場方向相反無外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場順磁質(zhì)分子固有磁矩不為零

順磁質(zhì)內(nèi)磁場三磁化強度磁化電流*分子磁矩的矢量和體積元單位（安/米）

意義磁介質(zhì)中單位體積內(nèi)分子的合磁矩.順磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)內(nèi)磁場對真空=0,如果介質(zhì)內(nèi)各點相同,稱均勻磁化附：磁化電流(magnetizationcurrent)

介質(zhì)磁化的宏觀效果是在介質(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”（磁化面電流）。I0IS磁化電流與傳導(dǎo)電流的區(qū)別：

磁化電流是分子內(nèi)電荷運動一段段接合而成，不同于傳導(dǎo)電流的電荷定向運動，又稱束縛電流，其磁效應(yīng)與傳導(dǎo)電流相當(dāng)，但不產(chǎn)生熱效應(yīng)。磁化面電流的線密度：介質(zhì)中的總磁矩：

磁化強度在數(shù)值上等于磁化面電流的線密度，兩者關(guān)系由右螺旋法則確定。上式適用于均勻磁介質(zhì)被均勻磁化的情況?？梢酝浦捍呕瘡姸妊亻]合路徑的環(huán)流等于環(huán)路內(nèi)總的束縛電流.此式對一般的磁介質(zhì)同樣成立。磁介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中磁場：

無論是否有磁介質(zhì)存在，磁高斯定理都是普遍成立的。

由磁化電流產(chǎn)生的微觀機理可知：磁化電流與傳導(dǎo)電流在產(chǎn)生磁場方面等效。一磁介質(zhì)中的高斯定理§11-2磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理二磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理I0IS如圖取L回路單位：A·m-1磁場強度

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

磁場強度沿任一閉合回路的環(huán)流，等于閉合回路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，與磁化電流以及回路外的傳導(dǎo)電流無關(guān)。各向同性均勻磁介質(zhì)（磁化率）相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率

各向同性均勻磁介質(zhì)

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理順磁質(zhì)（非常數(shù)）抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)

各向同性均勻磁介質(zhì)L包含電流(傳導(dǎo),束縛)僅包含傳導(dǎo)電流用表示安培環(huán)路定理用表示安培環(huán)路定理完全等價用磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定律解題1.分析磁場的對稱性。2.選取積分回路3.計算

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理l僅包含傳導(dǎo)電流4.利用I

例有兩個半徑分別為和的“無限長”同軸圓筒形導(dǎo)體，在它們之間充以相對磁導(dǎo)率為的磁介質(zhì).當(dāng)兩圓筒通有相反方向的電流時，試求（1）磁介質(zhì)中任意點P

的磁感應(yīng)強度的大小;（2）圓柱體外面一點

Q

的磁感強度.解對稱性分析I同理可求II

無限長直載流導(dǎo)線通有電流I1

，在同一平面內(nèi)有長為L的載流直導(dǎo)線，通有電流I2求：長為L的導(dǎo)線所受的安培力aI1dxxxO課堂練習(xí)I2aI1xOI2解：在L上任取受力方向如圖，恒不變。如圖建立坐標(biāo)系根據(jù)安培力公式：§11-3鐵磁質(zhì)一鐵磁質(zhì)的特點（4）存在居里點：（1）高磁導(dǎo)率：（2）非線性：（3）具有磁滯現(xiàn)象：鐵：T=1040K鎳：T=631K臨界溫度時，失去鐵磁性成為順磁質(zhì)。B的變化落后于H的變化。B和H呈非線性關(guān)系，r很大但不是常量。磁化后能產(chǎn)生很強的附加磁場。二鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律磁滯回線實驗：鐵磁質(zhì)為芯的螺線管，通以電流

I改變

I，測量H

值和B

值畫出B—H曲線由畫出曲線MNPOO安培環(huán)路定理O磁滯回線OP：起始磁化曲線Bs：飽和磁感應(yīng)強度Br：剩余磁感應(yīng)強度（剩磁）HC：矯頑力磁滯效應(yīng)：鐵磁芯中感應(yīng)強度B變化落后于磁場強度H的變化。磁滯損耗：磁化過程中由于磁滯效應(yīng)造成的能量損耗。理論表明，緩慢磁化的情況下，沿磁滯回線經(jīng)歷一個循環(huán)，磁滯損耗與磁滯回線面積成正比。三鐵磁質(zhì)的種類BHO軟磁材料磁滯損耗小，容易磁化，容易退磁，適用于交變磁場。如制造電機，變壓器等的鐵芯。如純鐵、硅鋼片BHO硬磁材料矯頑力較大，磁滯損耗較大，不易磁化，不易退磁，適合于制造永磁體如鈷鋼、碳鋼、鐵氧體BHO矩磁材料

適合于制作記錄磁帶及計算機的記憶元件。

實驗表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大，分為軟磁材料，硬磁材料，矩磁鐵氧體材料。四鐵磁質(zhì)的磁化機理磁疇B磁疇體積：10-12~10-8m3包含原子：1017~1021個在鐵磁質(zhì)內(nèi)，相鄰電子間存在很強的“交換耦合作用”，使得無外磁場時電子自旋磁矩能在一個個微小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成的自發(fā)磁化小區(qū)域，稱為“磁疇”。

鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于電子的自旋磁矩。自發(fā)磁化磁化過程：磁矩轉(zhuǎn)向磁飽和狀態(tài)磁滯現(xiàn)象：撤去外場，磁壁很難完全恢復(fù)原狀，保留部分磁性，這就是剩磁。居里點：當(dāng)溫度升高到居里點時，劇烈的熱運動使磁疇全部瓦解，鐵磁質(zhì)就成為一般順磁質(zhì)。疇壁移動鐵的居里點：T=1040K

鎳的居里點：T=631K

傳統(tǒng)磁性材料有機磁性材料

都是周期表中的過渡族金屬元素、稀土族元素及其化合物。具有密度大、難加工合成等缺點,已無法滿足現(xiàn)代電子工業(yè)的許多特殊需要。

有機磁性材料具有諸如密度小、重量輕、不易氧化、易加工成型等許多無機物所無法取代的優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)種類的多樣性,可用化學(xué)方法合成,可得到磁性能與機械、光、電等方面結(jié)合的綜合性能,具有磁損耗小等特點。

在超高頻裝置、高密度存貯材料、吸波材料、微電子工業(yè)和宇航等需要輕質(zhì)磁性材料的領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。補充：有機磁性材料一磁介質(zhì)及分類磁導(dǎo)率順磁質(zhì)