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1、11.7 磁介质对磁场的影响,磁介质（magnetic medium）是能够影响磁场分布的物质。,传导电流 ，,介质磁化,均匀各向同性介质,有：,r 相对磁导率 （relative permeability）,I0,I0,均匀各向同性磁介质,长直密绕螺线管,总磁感强度,充满磁场所在空间时，,1,11.7 磁介质对磁场的影响 磁介质（magne, 弱磁质，, 顺磁质（paramagnetic substance）,如：Mn ，Al，O2，N2 , 抗磁质（diamagnetic substance）,如：Cu，Ag，Cl2，H2 , 铁磁质（ferromagnetic substance）,如：
2、Fe，Co，Ni ,磁介质的分类：,某些磁介质的相对磁导率见书 P 287 表9.1,2, 弱磁质， 顺磁质（paramagnetic subst,11.8 原子的磁矩,一 . 电子的磁矩,电子的轨道运动电流,轨道磁矩,电子轨道运动的角动量,电子轨道磁矩与轨道角动量的关系：,电子自旋磁矩和自旋角动量 S 的关系：,3,11.8 原子的磁矩 一 . 电子的磁矩ISm电子的轨道,在磁场作用下，,11.9 磁介质的磁化,磁化 （magnetization）：,介质出现磁性或磁性发生变化的现象。,一. 顺磁质的磁化,顺磁质分子有固有的分子磁矩（主要是电子,m分 10-23Am2。,热运动使 完全,混乱
3、，不显磁性。,轨道和自旋磁矩的贡献），,4,在磁场作用下，11.9 磁介质的磁化 磁化 （magnet,二 . 抗磁质的磁化,抗磁质的分子固有磁矩为 0。,不显磁性,附加磁矩,显示抗磁性,5,二 . 抗磁质的磁化抗磁质的分子固有磁矩为 0。不显磁性 ,1.磁化强度：,对顺磁质和抗磁质，实验表明：,2.磁化电流：,由于介质磁化而出现的一些等效,的附加电流分布。,对铁磁质，实验表明：,而且是非单值对应关系,6,1.磁化强度：对顺磁质和抗磁质，实验表明： 2.磁化电流：,介质内：,穿过L所围曲面S 的磁化电流,则套住 dl 的分子电流：,放大,S,设分子浓度为 n，,7,介质内：穿过L所围曲面S 的
4、磁化电流则套住 dl 的分子,介质表面：,选,磁化面电流密度,8,介质表面：选磁化面电流密度8,11.10 有磁介质时磁场的规律,考虑到磁化电流，（1）式则需要修改。,设：I0 传导电流，,I 磁化电流。,I,一. H 的环路定理,9,11.10 有磁介质时磁场的规律 考虑到磁化电流，（1）式,令, 磁场强度（magnetic field intensity）,得：, H 的单位：, 真空：,A/m （ SI ）；,10,令 磁场强度得： 的环路定理, 各向同性磁介质：, 磁化率 （magnetic susceptibility）, 磁导率（permeability）,令,则有,真空： = 0
5、,11, 各向同性磁介质： 磁化率 （magnetic su,二. 环路定理的应用举例,例,介质中闭合回路L所套联的分子电流为：,证：,L可任取，且可无限缩小，,故 I0 = 0 处，I = 0 。,无传导电流处，也无磁化电流。,证明在各向同性均匀磁介质内，,12,二. 环路定理的应用举例例介质中闭合回路L所套联的分子电,例1 （5670） 一无限长载流圆柱体，其上 电流强度 ，方向沿轴线；圆柱体 半径 。此圆柱体外再罩一载流圆 筒，其上电流强度 ，方向与 相 反；圆柱面半径 。求此载流系统 的磁感应强度分布。,截面图（俯视）,13,例1 （5670） 一无限长载流圆柱体，其上截面图（俯视）,
6、如果在圆柱体与圆柱面之间充有两层介质，分界面半径 。再求此载流系统的磁感应强度分布。（第一层介质的相对磁导率为r1第二层介质的磁导率为2 ）,14,如果在圆柱体与圆柱面之间充有两层介质，分界面半径,15,15,方向：,圆周切线方向，且与电流成右手螺旋,16,方向：圆周切线方向，且与电流成右手螺旋16,例2 （5153） 截面为矩形的螺绕环共N匝， 内径为 、外径为 ，环内充有磁导 率为 的磁介质，求通过螺绕环横截 面的磁通量。（截面高度为h）,17,例2 （5153） 截面为矩形的螺绕环共N匝，17,例3 两无限长载流圆柱体，其半径 、电 流强度分别为 、 ，两柱体轴心相距 为 。求通过两轴之
7、间长为 一段的磁 通量（如图）。如电流相反，情况如何？,18,例3 两无限长载流圆柱体，其半径 、电18,补充题：螺绕环中心周长l = 10 cm，环上均匀密绕线圈N = 200匝，线圈中通有电流I = 0.1A管内充满相对磁导率r = 4200的磁介质求管内磁场强度和磁感强度的大小,19,补充题：螺绕环中心周长l = 10 cm，环上均匀密绕线圈N,电流密度为 j（沿z），,导体相对磁导率为r ，,求：,解：,且,有,例4,如图示，已知均匀载流无限大厚平板,20,电流密度为 j（沿z），导体相对磁导率为r ，求：解：且有,板外：,对图示矩形回路 L，,板内：,有,对图示矩形回路 L，,有,2
8、1,板外：对图示矩形回路 L，xjr y y -yLlh0,求磁化面电流密度,上表面：,下表面：,（同上表面）,22,xjrhh yz求磁化面电流密度上表面：下表面：（,各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致，,11.11 铁磁质（ferromagnetic substance）,一. 磁畴（magnetic domain）,从而形成自发的均匀磁化小区域 磁畴。,铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。,未加磁场,在磁场 B 中,23,各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致，11.11 铁磁,各种材料磁畴线度相差较大：,磁畴体积约为10-6(mm)3，,一个磁畴中约有10121015个原子。
9、,易磁化方向由晶体结构决定。,磁畴磁矩沿某个易磁化方向(direction of easy,所有的磁畴为什么不形成一个磁化整体呢？,静磁能高交换能低,静磁能低交换能高,矛盾因素协调平衡，才使铁磁体整体能量最低。,magnetization)排列。,24,各种材料磁畴线度相差较大：磁畴体积约为10-6(mm)3，一,二 . 铁磁质的磁化规律,铁磁质 关系非线性，,也不单值，,形式上表示为,也不唯一。,1. 起始磁化曲线,由此可得到B H曲线：,25,二 . 铁磁质的磁化规律铁磁质 关系非,i 起始磁导率,m 最大磁导率,巴克豪森效应（Barkhausen effect）,金相结构分析，,测晶粒度
10、、,且是无损探测、,快捷简便。,杂质分布、,应力分布，,，,BS 饱和磁感强度（saturation magnetic induction）,可用作,26,i 起始磁导率m 最大磁导率 巴克豪森效应,H,H,H,（饱和）,演示,巴克豪森效应（KD046）,27,BN跳跃跃变放大BHBSB HH0ScbaHHH,2.磁滞回线（hysteresis loop）,B落后于H的变化，称为磁滞现象。,Br 剩余磁感强度 （remanent magnetic induction）,Hc 矫顽力（coercive force）,磁滞是由于晶体缺陷和内应力、,“磁滞损耗” （hysteresis loss）,
11、正比于BH 回线所围的面积。,以及磁畴在外磁场减退时，,沿易磁化方向排列而造成的。,就近,28,磁滞回线HHc-HcSBSBrB-BS-Br02.磁滞回线（,三 . 硬磁和软磁材料,1. 硬磁材料 （hard magnetic material）,特点：,磁滞损耗大，,适合制作永久磁铁、,Br 也大，,磁芯（记忆元件）等。,一般Hc 为104-106A/m，,一般为103-104 G。,磁滞回线“胖”，,29,三 . 硬磁和软磁材料1. 硬磁材料 （hard magne,“矩磁材料”,可作记忆元件,30,“矩磁材料”BBrHcH-Hc-BrBr-Br“0”“1”,2. 软磁材料（soft ma
12、gnetic material ）,Hc小（102A/m），,磁滞回线“瘦”，,磁滞损耗小，,适于制作交流电磁铁、变压器铁芯等。,特点：,一般约Hc 为1A/m 。,31,2. 软磁材料（soft magnetic materia,四.居里点（Curie point）,（自发磁化减弱）,（磁畴瓦解，表现顺磁性）,Tc是失去铁磁性的临界温度，称“居里点”。,Fe ：Tc = 767,Ni ：Tc = 357,Co ：Tc = 1117,32,四.居里点（Curie point）（自发磁化减弱）（磁畴瓦,五 . 磁致伸缩, 磁致伸缩。,长度相对改变约10-5量级，,温下可达10 -1；,某些材料在低,磁致伸缩有一定固有频率，,化频率和固有频率一致时，发生共振，,当外磁场变,可用于制作激振器、超声波发生器等。,33,五 . 磁致伸缩 磁致伸缩。长度相对改变约10-5量级，温,作业 P313 9.6 9.7 9.8 9.9,34,作业 P313 34,
