磁场中的磁介质

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1、第11章磁场中的磁介质1.磁介质磁化强度2.有介质时的安培环路定理磁场强度3.铁磁质重点：磁介质对磁场的影响、H的环路定理内容：难点：抗磁质的磁化机理11.1磁介质磁化强度磁介质的磁化观察铁芯对电磁感应的影响使线圈中的磁通量大大增加实验发现：如果在载流导线周围空间不是真空，而是充满某种各向同性的磁介质，则磁感应强度增加r倍r称为磁介质的相对磁导率(1)r>1：顺磁质，如氧、铝、钨、铂、铬等。(2)r<1：抗磁质，如氮、水、铜、银、金、铋等。(3)r>>1：铁磁质，如铁、钴、镍等r=0表示完全抗磁性，如超导体是理想的抗磁体11.1.1磁介

2、质的三种类型11.1.2顺磁质和抗磁质磁化的微观机理原子中的电子绕原子核以速率v作半径为r的圆周运动——电子的轨道磁矩演示动画：电子的轨道运动（1）分子磁矩：m原子中电子除了作绕核的轨道运动外，还有自旋，相应地有自旋磁矩原子核也作自旋—核自旋磁矩分子磁矩m是电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、核自旋磁矩的矢量和分子磁矩磁效应总和等效一圆电流（2）顺磁质——有固有磁矩（即通常情况下各磁矩矢量和不为零）抗磁质——没有固有磁矩（即通常情况下各磁矩矢量和为零），在外磁场中会产生感应磁矩（3）磁介质磁化没有外磁场顺磁质在外磁场中在无外磁场时，分子磁矩排列杂乱，宏观上

3、不产生磁效应，温度越高顺磁效应越弱。分子电流观点分子环流一个分子相当于一个环行电流分子磁矩无外磁场时，分子环流的取向杂乱无章，磁矩相互抵消演示动画：磁化面电流I0I0I/I/I/励磁电流磁化电流0在外磁场中分子磁矩将不同程度地沿外磁场方向排列起来，在宏观上呈现出附加磁场，这个附加磁场的方向与外磁场方向相同，使介质中的磁感应强度增加。顺磁场在外磁场中的磁化过程称为取向磁化。对顺磁质B/与B0同向则磁介质中的磁场为：B=B0+B/对抗磁质，以电子轨道磁矩为例加上外磁场后，电子将受到洛伦兹力。简单起见，设电子轨道平面与磁场垂直。（1）与B同向时此时洛伦

4、兹力向心，设轨道半径不变，由洛伦兹力引起的方向与0同向,有=0+。可得值，而的方向与外磁场B同向，原有的磁矩m0有改变量为m，m为附加磁矩，方向与外磁场B反向。I（2）与B反向时此时洛伦兹力离心，设轨道半径不变，由洛伦兹力引起的方向与0反向,有=0-，同样分析可得有同样的值，且的方向仍与外磁场B同向，原有的磁矩m0的改变量为m，附加磁矩m方向还是与外磁场B反向。－附加磁矩m与B反向I以上只讨论0与B平行的情况，理论上可证明，当两者成任何角度时，总与B同向，从而产生的附加磁矩m总与B反向

5、，抗磁质无固有磁矩，这是因为其中原有的各个电子的磁矩方向无规则，相互抵消了。外加磁场后产生的附加磁矩却与B反向－抗磁质的来源。超导体的迈斯纳效应超导体上产生的感应电流的磁场完全抵消外磁场－－完全抗磁体11.1.3磁化强度（1）定义：单位体积内分子磁矩的矢量和在外磁场中若单位体积内的分子环流数为n，则分子环流m分子I设磁介质内每个分子的电流环一样，环的面积为a（矢量面元为)，环电流为I，故磁矩为(平均磁矩）11.2磁介质中的安培环路定理磁场强度（1）磁化电流Is与磁化强度M的关系S的周界线L在周界线上任取一线元被穿过所有分子流有nadlcos个每个

6、分子环流为I，故与套链的磁化电流为Inacosdl，即为设介质表面单位长度上的磁化电流（面磁化电流密度）为is，则（即被矩形回路所套链的磁化电流有）介质外M=0若磁介质的磁化强度M已知,可以计算它产生的附加磁场B/，继而计算介质中的总磁场（2）磁场强度矢量H与有介质时的安培环路定理定义磁场强度：有介质时的安培环路定理真空时:则沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。H的环流仅与传导电流I有关，与介质无关。磁场强度H与在有电介质的静电场中引入的电位移D相似，它们都是辅助物理量。——用磁场强度表述的安培环路定理传导电流和

7、磁化电流产生的磁感应线都是无头无尾的闭合曲线。因此，对任意闭合曲面S磁场高斯定理依然成立实验指出，在各向同性磁介质中，任一点的磁化强度M与磁场强度H成正比，即令（1+k）＝r，称为磁介质的相对磁导率，则有令0r＝，称为磁介质的磁导率，则有例11－2:将磁导率为的铁磁质做成一细圆环，在环上均匀密绕着线圈，就成为有铁芯的环形螺线管（亦称螺绕环）。设单位长度的导线匝数n=500，当导线中的电流强度I=4A时，=5.0×10-4H/m。计算（1）环内的磁场强度值H、磁感应强度值B；（2）磁介质的磁化电流线密度。解：（1）环形螺线管的磁场几乎全部

8、集中在环内，其磁力线是一系列圆心在对称轴上的圆，在同一条磁力线上各点的H值相等，各点的H矢量都沿磁力线的切线方向。取过环内