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1、第16章 磁介质中的磁场,16.1 磁介质,16.2 物质的磁化,16.3 磁介质中的安培环路定理,16.4 铁磁质,磁介质对螺线管内的场有影响 其内总磁场为,实验表明:,介质的相对磁导率,螺线管内无磁介质时磁场,16.1 磁介质,先作一个实验,为介质的磁导率,顺磁质,如：氧、铝、钨、铂、铬等。,如：铁、钴、镍等,r不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：,抗磁质,铁磁质,如：氮、水、铜、银、金、铋等。,实物的基本组成单元原子、分子：核外电子、原子核,电子运动：,一.分子电流,原子核运动：,原子、分子的固有磁矩(通称分子磁矩,记为),16.2 物质的磁化,分子磁矩,因为分子磁矩的存在，每个分子
2、的磁矩可等效为一个圆电流的磁矩,这样的圆电流也称为分子电流。,“圆电流”模型,例 玻尔磁子,电子轨道运动磁矩,电子轨道运动角动量,电子内廪（固有）自旋磁矩,玻尔磁子,二.顺磁质和抗磁质的磁化规律,1)顺磁性固有磁矩,两类磁介质的固有磁矩,顺磁质,抗磁质,-顺磁、抗磁特性的微观解释,2)抗磁性 附加磁矩（感生磁矩）,当介质处在外磁场中，电子轨道磁矩受磁力矩:,在磁力矩作用下，轨道角动量绕磁场方向旋进。,电子附加一个磁矩:,当没有外磁场时,1 顺磁性介质处在外磁场时，其体内磁场：,抗磁性介质处在外磁场时，其体内磁场：,2 介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有？,有！,3)小结：,1.磁化电流,磁化电
3、流也称为束缚电流,顺磁质的磁化,抗磁质的磁化,三.磁化强度和磁化电流,类似电介质的讨论，从物质电结构来说明磁介质的磁化。,由于顺磁质分子的固有磁矩在磁场中定向排列或抗磁质分子在磁场中产生了感生磁矩，因而在磁介质的表面出现磁化电流的现象叫磁介质的磁化。,磁化电流,若在l长介质表面束缚面电流为 则其线密度为：,束缚电流产生附加磁场,2.磁化强度,3.磁化强度与磁化电流的关系,自学,一.有磁介质时的高斯定理,无论是什么电流激发的磁场，其磁力线均是无头无尾的闭合曲线。,介质中的磁感应强度：,通过磁场中任意闭合曲面的磁通量为零。,即：,二.有介质时的安培环路定理,在有介质的空间，传导（自由）电流与磁化电
4、流共同产生磁场：,有磁介质时的总场,束缚电流,自由电流,16.3 磁介质中的安培环路定理,实验指出：,则,将两侧对任意闭合路径L积分得：,定义,磁场强度,磁介质的磁导率,磁场强度沿任一闭合路径的线积分等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。,SI制中磁场强度H 的单位：安培/米(A/m),则有：,有磁介质时的安培环路定理,即：,定义,由,由,或按课本P101-102,由,三.磁化率,二式确定不了，因为 未知,实验指出：,又,磁介质的磁化率,无磁介质时(即真空中)，,易知：,（见课本P102）,例 长直螺线管内充满均匀磁介质r 单位长度上的匝数为n，通有电 流I。求管内的磁感应强度和磁 介质表面
5、的面束缚电流密度。,解：,顺磁质,抗磁质,因管外磁场为零，取图示的回路,根据：,励磁电流(对铁磁质),1.磁化曲线,实验装置：环形螺绕环，用铁磁质 充满环内空间。,实验测量B(在螺绕环磁隙处测量),由,(1)铁磁质的r 不是个常数，它是H 的函数。,原理：根据安培环路定理 由通有的传导电流得:,16.4 铁磁质,一.铁磁质的磁化规律,得到B H曲线,B的变化落后于H，从而具有剩磁，即磁滞效应,每个 对应不同的,与磁化的历史有关。,起始磁化曲线,剩磁,饱和磁感应强度,矫顽力,2.磁滞回线-不可逆过程,在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。,1.软磁材料：,
6、适用于变压器、继电器、电机、以及各种高频 电磁元件的磁芯、磁棒。,二.铁磁质的分类,特点：,矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（HdB面积小）。,易磁化、易退磁,纯铁，坡莫合金(Fe，Ni)，硅钢，铁氧体等。,如,2.硬磁材料：,钨钢，碳钢，铝镍钴合金,矫顽力(Hc)大，剩磁Br大磁滞回线的面积大，损耗大。,适用于做永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器等。,不同的铁磁质的磁滞回线的形状不同,三.铁磁质的微观结构-铁磁性机制,存在大量原子分子磁矩自发平行排列的区域-磁畴,当加以外磁场且逐渐增大时,其磁矩方向和外场方向相近的磁畴逐渐扩大,而方向相反的磁畴逐渐缩小.最后当外场大到一定程度
7、后,所有磁畴的磁矩都取同一方向,此时铁磁质达到磁饱和状态.,磁滞现象可用磁畴的畴壁很难按原来的形状恢复来说明.,在每个磁畴中,所有原子的磁矩全都沿同一方向排列.无外磁场时,不同磁畴的磁矩的取向是无规则的,铁磁质宏观上无明显的磁性.,2 磁滞 现象是由于材料有杂质和内应力等的作用，当撤掉外磁场时，磁畴的畴壁很难恢复到原来的 形状而表现出来。,3 当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则 排列。在临界温度（相变温度Tc）时，铁磁质完 全变成了顺磁质。居里点 Tc,1 当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就 达到饱和状态。饱和磁化强度MS等于每个磁畴中 原来的磁化强度，该值很大。这就是铁磁质磁性 r大的原因。,说明：,如：铁为 1040K，钴为 1390K，镍为 630K,
