《磁场中的磁介质》PPT课件

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1、上章我们学习了真空中稳恒电流激发的磁场及其规律。当空间有介质(导体、绝缘体)存在时，磁场将与介质发生相互作用，我们把磁场中的介质称为磁介质。磁介质在外加磁场作用下自身产生附加磁场的过程称为磁化。本章简要介绍磁介质的性质、磁化的机制、以及磁介质中的安培环路定理。第十一章磁场中的磁介质与电介质的情况类似，稳恒磁场中的磁介质因磁化而产生磁化电流和附加磁场；磁介质内的总场为原磁场B0与附加磁场B’的矢量和。一、磁介质对磁场的影响§11.1磁介质对磁场的影响实验已经证明，与之间的关系为:称为磁介质的相对磁导率

2、。顺磁质：μr≥1如金属铝、锰、铬等。抗磁质：μr≤1如金属金、银、铜等。铁磁质：μr>>1如金属铁、钴、镍等。弱磁性物质强磁性物质任何物质皆由原子或分子构成。原子（分子）中的电子同时参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。二、磁介质的磁化这就是安培提出的分子电流假设。分子电流——分子磁矩产生的磁效应可以用一等效的圆电流的磁矩来表示。分子磁矩——分子所有电子的轨道磁矩与自旋磁矩的矢量和，称为分子固有磁矩，简称为分子磁矩m。分子磁矩的方向与电子运动的角速度方向相反。顺磁质和抗磁质

3、的磁化可用安培分子电流假说解释，而铁磁质的磁化很复杂。1.顺磁质的磁化机理——顺磁性无外场Bo时，分子的磁矩排列杂乱无章，介质内分子磁矩的矢量和m=m=0有外场Bo时，分子磁矩转到与外磁场方向一致，分子磁矩的矢量和m=m≠0等效对各向同性（均匀）磁介质，磁化电流I′只出现在介质表面，介质内部无磁化电流，且磁化电流I′不可引出，因此，磁化电流也称为束缚电流。对各向同性（均匀）磁介质，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。⊙对各向同性（均匀）磁介质，分子电流可等效

4、成磁介质表面的磁化电流I′，I′产生附加磁场B'。I′在无外磁场时，抗磁质中分子固有磁矩为零:m=0，物质不显磁性。2.抗磁质的磁化机理——抗磁性有外场时，电子的轨道角动量会绕着磁场方向旋进,形成一个电的环流,但电子带负电,这就相当于一个与原磁场方向反向的正的环流,产生的磁矩指向磁场的相反方向.有磁介质时，安培环路定理是：磁介质的总磁场传导电流磁化电流总和三、磁介质中的安培环路定理根据实验规律无磁介质时：由于磁化电流的计算很繁，所以我们从无磁介质时出发。定义磁场强度：磁介质中的安培环路定理：即：磁场

5、强度沿任意闭合路径的线积分（环流），等于穿过以该回路为边界的传导电流的代数和。H是为消除磁化电流的影响而引入的辅助物理量。H的环流仅与传导电流I0有关,与介质无关(当I相同时，尽管介质不同，H在同一点上却相同)。因此可以先求磁场强度H，再求磁感应强度B。H的单位：安培/米(A/m)说明：例1、长直单芯电缆的芯是一根半径为R1的金属导体，它与外壁之间充满均匀磁介质,其相对磁导率为，外筒半径为R2,电流从芯流过再沿外壁流回。求(1)导线内的磁场分布;(2)磁介质中磁场分布;(3)磁介质外的磁场分布。解:

6、(1)导线内的磁场分布(2)磁介质内的磁场分布(3)磁介质外的磁场分布电介质中的高斯定理磁介质中的安培环路定理§11.2铁磁质在工程技术上常用的磁介质是铁磁质，如电机、变压器和电表等。铁磁质有如下特点：1．在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度；μ>>12．当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态；3．B与H之间不是简单的线性关系；4．铁磁质都有一临界温度。在此温度（居里温度）之上，铁磁性完全消失而成为顺磁质。Fe(1040K)Co(630K)Ni(1390K)磁化曲线——磁介质内磁感应强度B随磁场强度

7、H的变化关系曲线。OHBABCS一、铁磁介质的磁化机理——磁畴1.磁畴磁畴——铁磁质中因电子自旋而引起的强烈相互作用，在铁磁质内形成磁性很强的小区域。磁畴的体积约为10-12m3。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。2.磁畴的形成按照量子理论,铁磁质内电子间存在着很强的由电子自旋引起的相互作用——电子交换作用,使各电子的自旋磁矩排列整齐，从而形成磁畴。每个磁畴内的电子自旋磁矩整齐排列，磁性很强——

8、自发磁化。3.磁畴与外磁场的关系无外磁场时,各个磁畴由于热运动其方向排列无序,因而整体对外不显磁性。有外磁场时,各个磁畴的磁矩在外磁场的磁力矩作用下以整体的形式趋向外磁场方向排列,从而对外显示很强的磁性。出现高m值。具体过程:与外磁场方向一致和相同的磁畴范围扩大,磁畴磁矩方向同时尽力转向外磁场的方向。4.磁畴与温度的关系:当温度持续升高到某值时,由于剧烈的热运动,磁畴瓦解,铁磁质的铁磁性消失,过渡到顺磁质。此温度叫做居里温度或居里点。5.磁饱和状态磁饱和状态HBoab