清华大学自用 大学物理一 教学课件第十四章 磁场中的介质.ppt

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1、§14.1磁介质对磁场的影响物质的磁性当一块介质放在外磁场中将会与磁场发生相互作用，产生一种所谓的“磁化”现象，介质中出现附加磁场。我们把这种在磁场作用下磁性发生变化的介质称为“磁介质”。收音机中的磁棒,磁芯变压器的铁芯,螺线管的管芯磁介质的分类磁介质中的总磁感强度真空中的磁感强度介质磁化后的附加磁感强度传导电流产生与介质有关的电流产生在介质均匀充满磁场的情况下介质的相对磁导率=0r称为磁导率三类磁介质：（1）顺磁性介质：介质磁化后呈弱磁性附加磁场B与外场B0同向B>B0r>1（2）抗磁性介质：介质磁化后呈弱磁性附加磁场B与外场B0反

2、向B>B0r>>1（4）完全抗磁体：（r＝0）B＝0磁介质内的磁场等于零（如超导体）磁介质种类种类温度相对磁导率r＜1铋汞铜氢（气）293K293K293K1-16.6×10-51-2.9×10-51-1.0×10-51-3.89×10-5r＞1氧（液）氧（气）铝铂90K293K293K293K1+769.9×10-51+334.9×10-51+1.65×10-51+26.0×10-5r＞＞1铸钢铸铁硅钢坡莫合金2.2×103（最大值）4×102（最大值）7

3、×102（最大值）1×105（最大值）r＝0汞铌小于4.15K小于9.26K00§14.2原子的磁矩近代科学实践证明，组成分子或原子中的电子，不仅存在绕原子核的轨道运动，还存在自旋运动。这两种运动都能产生磁效应。把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各电子对外产生磁效应的总和，可等效于一个圆电流，称为“分子电流”。分子电流的磁矩称为“分子磁矩”表示为。+--+各电子磁矩+-分子磁矩分子电流分子磁矩每个分子等效一个圆电流·Lr·-e轨道半径—r(圆轨道)电子速率—轨道电流分子磁矩无外磁场顺磁质的磁化分子圆电流和磁矩有外磁场同向时反向时无外磁场

4、时抗磁质分子磁矩为零抗磁质内磁场抗磁质的磁化结论：注意：在抗磁质和顺磁质中都会存在抗磁效应，只是抗磁效应与顺磁效应相比较要小得多，因此在顺磁质中，抗磁效应被顺磁效应所掩盖。附加电子磁矩的方向总是和外磁场方向相反。由于分子中每一个运动电子都要产生与外磁场反向的附加磁矩，分子中各电子附加磁矩的矢量和即为分子的附加磁矩。磁介质中大量分子的附加磁矩在宏观上对外显示出磁效应。这一磁效应与外磁场方向相反，我们把它称为“抗磁效应”。§14.3磁介质的磁化1.磁化强度为了反映磁化程度的强弱，引入“磁化强度矢量”磁化强度：磁介质中某一点处单位体积内分子磁矩的矢量和

5、。单位：以抗磁质为例分子磁矩的矢量和体积元定义：磁介质的磁场中，某点单位体积中分子磁矩的矢量和称为该点的磁化强度。记为以抗磁质为例分子磁矩的矢量和体积元2.磁化电流以长直螺线管为例：介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为“磁化电流”（Is）。介质表面出现磁化电流顺磁质抗磁质磁化强度与磁化电流间的关系（以长螺线管磁场为例）取一长为面积为S的磁介质。则：它是这段介质中所有分子电流的等效电流,它的磁矩是所有分子磁矩的矢量和。一般言之：介质表面极化面电流线密度式中：为磁化强度为介质表面外法线的单位矢。

6、磁化强度与磁化电流的关系：磁化强度在磁场中沿任一闭合路径L的线积分等于穿过此闭合路径的磁化电流。（积分关系）abcda作闭合回路求积分abcd积分关系磁化电流与传导电流的区别：磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。而传导电流是由大量电荷作定向运动而形成的。§14.4H的环路定理磁介质在磁化后，由于外磁场和附加磁场都属于涡旋场。因此，在有磁介质存在时，磁场中的高斯定理仍成立。1.有介质存在时的高斯定理C++++++++++++ADBC分子磁矩（单位体积分子磁矩数）传导电流分布电流2.有介质存在时的安培环路定理磁

7、场强度磁介质中的安培环路定理++++++++++++ADBC各向同性磁介质（磁化率）相对磁导率磁导率各向同性磁介质磁介质中的安培环路定理顺磁质（非常数）抗磁质铁磁质例有两个半径分别为和的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流时，试求（1）磁介质中任意点P的磁感应强度的大小;（2）圆柱体外面一点Q的磁感强度.II解II同理可求Iorr例.一半径为R1的无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为R2，相对磁导率为r的圆筒形磁介质。通过导线的电流为I0。求磁介质内外磁场强度和磁感应强度的分布。解：R2R

8、1§14.5铁磁质铁磁质是一种强磁质，磁化后的附加磁感应强度远大于外磁场的磁感应强度，因此用途广泛。铁、钴、镍以及许多合金都属于铁磁质。