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1、1,15.1 磁介质对磁场的影响,15.2 原子的磁矩,15.3 磁介质的磁化,15.4 H的环路定理,15.5 铁磁质,第15章 磁场中的磁介质(magnetic medium in magnetic field),2,1.磁介质:能影响磁场的物质称磁介质。,2.磁化:磁介质在磁场中呈现磁性的现象。,15.1 磁介质对磁场的影响,磁介质发生磁化，产生附加磁场 B,Bo 外场,B 附加场,B磁介质中的场,实验发现：磁介质中的磁感应强度：,注意：r只与磁介质的种类有关。,3.磁介质分类:,顺磁质抗磁质铁磁质,弱磁质,3,磁介质由大量分子或原子组成,分子内电子绕核旋转,分子电流 i,i,无外场Bo
2、时，分子的磁矩排列杂乱无章，,有外场 Bo 时，分子磁矩沿外场转向，分子磁矩的矢量和,介质内分子磁矩的矢量和,Bo,16.3 磁介质的磁化,15.2 原子的磁矩,4,从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向。,分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流 Is，Is产生附加磁场 B。,Is,Is B 影响磁场,磁化电流 Is 可产生附加磁场 B，但无热效应，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，因此，磁化电流也称为束缚电流。,5,一、问题的提出,在真空中的安培环路定理中：,将其应用在磁介质中时，I为所有电流的代数和；,如果求B需用磁化电流Is，不方便
3、求。,15-4.磁介质中安培环路定理,二、磁介质中的安培环路定理,磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路所包围的传导(自由）电流的代数和。,定义,-磁场强度,6,.H 是为消除磁化电流的影响而引入的，它是一个辅助物理量。,几点说明,.若,磁场强度的单位安培/米，A/m,不一定环路上各点的H 为 0，,因为 H 是环路内、外电流共同产生的。,.若,不一定环路内无电流。,m-磁化率,7,三、应用介质中安培环路定理解题方法,1.场对称性分析；,2.选取环路；,3.求环路内传导电流的代数和 Ic；,4.由,求 H；,由,求 B；,8,解：,由螺线管的磁场分布可知，管内的场各处均匀一致，管外的场为0；,作
4、 abcda 矩形回路，回路内的传导电流代数和为：,在环路上应用介质中的环路定理：,例题:一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为 r 的均匀磁介质。导线圈内通电流I，求管内磁感应强度。,9,有,10,一、磁介质的磁化曲线,不同磁介质的磁化曲线不同,15-5 铁磁质,顺磁介质与抗磁介质的 B 与 H 具有线性关系，磁化曲线为直线，铁磁质B 与 H 无线性关系，磁化曲线为曲线。,二、铁磁质的特性,非线性:B 和H 不是线性关系。磁导率不是一个常量，,2.高值:有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强,11,三、铁磁介质的磁化机制,磁畴,铁磁质内存在许多自发磁化的小区域，
5、称为磁畴。磁畴的大小、形状不一，磁畴的体积约为 10-12 m3。,在无外磁场时，各磁畴排列杂乱无章，铁磁质不显磁性；在外磁场中，各磁畴沿外场转向，介质内部的磁场迅速增加，在铁磁质充磁过程中伴随着发声、发热。,12,随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加的速度变慢，最后外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到磁饱和状态。,起始磁化曲线,13,四、磁滞回线,观察当外磁场变化一个周期时，铁磁质内部的磁场变化曲线；起始磁化曲线为 OC,C,当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化,磁滞现象。,当外磁场为 0 时，介质中的磁场并不为 0，
6、有一剩磁 Br;,矫顽力加反向磁场Hc，使介质内部的磁场为 0，,继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；,改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。磁化曲线形成一条磁滞回线。,Br,-Hc,Hc,14,五、铁磁材料分类,1.软磁材料,磁滞回线细长，剩磁很小。,如：软铁、坡莫合金、铁镍合金等。,由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。,2.硬磁性材料,磁滞回线较粗，剩磁很大，这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。,如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。,可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中的磁控管等。,15
7、,3.非金属氧化物-铁氧体,磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，剩磁接近于磁饱合磁感应强度，具有高磁导率、高电阻率。,它是由Fe2O3和其他二价的金属氧化物等粉末混合烧结而成。,应用：作计算机中的记忆元件 磁化时极性的反转构成了“0”与“1”,16,六、退磁方法,1.加热法,当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，该温度为居里温度 tc。当温度低于 tc 时，又由顺磁质转变为铁磁质。,铁的居里温度 tc=770C；,30%的坡莫合金居里温度 tc=70C,利用铁磁质具有居里温度的特点，可将其制作温控元件，如电饭锅自动控温。,原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了
8、磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。,2.敲击法,通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。,17,4.加交变衰减的磁场,使介质中的磁场逐渐衰减为 0，应用在录音机中的交流抹音磁头中。,3.加反向磁场,加反向磁场，提供一个矫顽力Hc,使铁磁质退磁。,18,磁 场小结,19,1.磁场的计算,1)毕奥-萨伐尔定律,2)电流产生磁场,3)安培环路定理,4)运动电荷产生的磁场,2.磁通量,实际应用时用分量计算,20,3.磁场方程,1)磁场高斯定理,(稳恒磁场无源),2)安培环路定理,(稳恒磁场有旋),4.载流线圈的磁矩,5.电磁相互作用,1)安培定律,2)磁场对载流导
9、线的安培力,3)磁场对载流线圈的作用力矩,4)磁场对运动电荷的洛仑兹力,21,1.直电流的磁场,无限长载流直导线,直导线延长线上,本章一些重要的结论,22,2.圆电流轴线上某点的磁场,(1)载流圆环圆心处的,(2)载流圆弧 圆心角,23,3.长直载流螺线管,5.环行载流螺线管,4.无限大载流导体薄板,板上下两侧为均匀磁场,24,1哪一幅曲线图能确切描述载流圆线圈在其轴线上任意点所产生的 B 随 x 的变化关系？（x 坐标轴垂直于圆线圈平面，原点在圆线圈中心 o）,C,习题,25,2.取一闭合积分回路 L，使三根载流导线穿过它所围成的面现改变三根导线之间的相互间隔，但不越出积分回路，则,B,(A
10、)回路L内的 I 不变，L上各点的B不变(B)回路L内的 I 不变，L上各点的B改变.(C)回路L内的 I 改变，L上各点的B不变.(D)回路L内的 I 改变，L上各点的B改变.,3.边长为l的正方形线圈中通有电流,此线圈在A点（见图）产生的磁感应强度B为,A,26,4一载有电流 I 的细导线分别均匀密绕在半径为 R 和 r 的长直圆筒上形成两个螺线管(R=2r)，两螺线管单位长度上的匝数相等两螺线管中的磁感应强度大小 BR 和 Br 应满足：,B,27,5.如图，边长为 a 的正方形的的四个角上固定有四个电量均为 q 的点电荷.此正方形以角速度 w 绕 AC 轴旋转时,在中心点 o 产生的磁
11、感应强度大小为 B1;此正方形同样以角速度 w 绕过点 o 垂直与正方形平面的轴旋转时,在点 o 产生的磁感应强度的大小为 B2,则 B1 与 B2 间的关系为:,(A)B1=B2(B)B1=2B2(C)B1=B2/2(D)B1=B2/4.,C,28,6.一铜条置于均匀磁场中，铜条中电子流的方向如图所示.试问下述那种情况将会发生?,A,(A)在铜条上 a、b 两点产生电势差,且 UaUb.(B)在铜条上 a、b 两点产生电势差,且 UaUb.(C)在铜条上产生涡流.(D)电子受到洛仑兹力而加速.,29,7.如图，长载流导线ab和cd相互垂直，它们相距l，ab固定不动，cd能绕中点O转动，并能靠
12、近或离开ab当电流方向如图所示时，导线cd将(A)顺时针转动同时离开ab(B)顺时针转动同时靠近ab(C)逆时针转动同时离开ab(D)逆时针转动同时靠近ab,D,30,8.两半径为R的相同导体细圆环,互相垂直放置,且两接触点A、B连线为环的直径,现有电流1沿AB连线方向由A端流入,再由 B端流出,则环中心处的磁感应强度大小为:,A,(A)0,(C),(B),(D),(E),31,9.一半径为 R2 带电薄圆盘,其中半径为 R1 的阴影部分均匀带正电荷,面电荷密度为+,其余部分均匀带负电荷,面电荷密度为,当圆盘以角速度 旋转时,测得圆盘中心点 o 的磁感应强度为零,问 R1 与 R2 满足什么关系？,解：当带电圆盘转动时,可看作无数个圆电流的磁场在 o 点的迭加,半径为 r,宽为 dr 的圆电流 dI=2rdr/2=rdr磁场 dB=0dI/2r=0R/2,阴影部分产生的磁场感应强度为,其余部分：,32,10.有两个半径相同的圆环形载流导线A、B，它们可以自由转动和移动，把它们放在相互垂直的位置上，如图所示，将发生以下哪一种运动,（A）A、B均发生转动和平动，最后两线圈电流同方向并紧靠一起。,（B）A不动，B在磁力作用下发生转动和平动。,（C）A、B都在运动，但运动的趋势不能确定。,（D）A和B都在转动，但不平动，最后两线圈磁矩同方向平行。,A,
