磁场中的磁介质.ppt

第19章 磁场中的磁介质,19.1 磁介质对磁场的影响,相对磁导率,19.2 原子的磁矩,近代科学证明，在原子中，核外电子不仅存在绕原子核的轨道运动，还存在自旋运动。这些运动都能形成微小的圆电流，产生磁效应。,电子轨道运动的磁矩大小估计：,电子轨道运动的角动量为L=mevr，所以,量子力学：,例如：氧原子轨道角动量的一个可能的值是：,相应的轨道磁矩为：,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。,一般情况下，有些物质分子的分子磁矩为零，这就是抗磁质。有些物质的分子磁矩不为零，有一固有磁矩，这就是顺磁质。,无外磁场：,外磁场中：,物质分子的分子磁矩为零抗磁质。物质的分子磁矩不为零，有一固有磁矩就是顺磁质。,抗磁质没有固有磁矩，在外磁场的作用下产生了与外磁场方向相反的感生磁矩。,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而言要小得多，因此在顺磁质中，抗磁效应被顺磁效应所掩盖。,19.3 磁介质的磁化,顺磁质在外磁场中 抗磁质在外磁场中,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“束缚电流”即“磁化电流”。,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做定向运动而形成的。,19.3 磁介质的磁化,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。,单位：,磁介质磁化后，在一个小体积内个分子的磁矩的矢量和不再为零。,在一般的实验条件下，各向同性的顺磁质和抗磁质（以及铁磁质在较弱的磁场中）的磁化强度与外磁场成正比：,下面讨论束缚电流与磁化强度之间的关系。,与dr铰链的总分子电流：,一个分子磁矩：,单位体积内的分子磁矩：nm,面束缚电流密度,即面束缚电流密度等于该表面处的磁化强度沿表面的分量。,当=0，即磁化强度矢量与表面平行使：,介质内部与任意闭合回路L铰链的总束缚电流，等于与L上各个长度元铰链的束缚电流的积分：,19.4 H的环路定理,磁介质放在场中，磁介质受磁场的作用产生束缚电流，这一束缚电流反过来又影响磁场分布，这时：,载流导体和磁化了的磁介质组成的系统可以视为自由电流I0和束缚电流I(j)分布组成的电流系统，所用这些电流产生磁场：,磁场强度,异曲同工之妙！,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。,解 对称性分析,同理可求,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的面磁化电流密度。,顺磁质,抗磁质,解：管外磁场为零，取图示回路,根据：,10,当环内是真空时,环内充满均匀介质时,例：在均匀密绕螺绕环内充满均匀顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长度内匝数n，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为r和。求环内的磁场强度和磁感应强度。,解：在环内任取一点，过该点作一和环同心、半径为 r 的圆形回路。,例:如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体（0）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。,解:（1）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以r1为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有,（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2，则以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有,式中 是该环路所包围的电流部分，由此得,由B H，得,（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r3，以r3为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得:,19.5 铁磁质,当励磁电流为 I 时：,测出电流 I 就知道 H。再用；另一方法测出 B。就可以研究 B-H 以及 r-H 之间的关系。,磁滞回线,矫顽力,由于磁滞，当磁场强度减小到零（即）时，磁感强度，而是仍有一定的数值，叫做剩磁。,当外磁场由 逐渐减小时，磁感强度 B并不沿起始曲线 0P 减小，而是沿 PQ比较缓慢的减小，这种 B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞。,磁畴：铁磁质内的电子之间因自旋引起的相互作用非常强烈，在铁磁质内部形成了一些微小区域，叫做磁畴。每一个磁畴中，各个电子的自旋磁矩排列得很整齐。磁畴大小约为1017-1021个原子/10-18米3。,剩磁Br：当磁场强度减小到零时，磁感应强度并不等于零，而是仍有一定的数值Br，Br叫做剩余磁感应强度，简称剩磁。,饱和磁感应强度BS：所有磁畴都与外场方向一致。相应的磁场强度称为饱和磁场强度，磁感应强度称为饱和磁感应强度。,矫顽力HC：当H=-Hc时，铁磁质的剩磁就消失了，铁磁质不显磁性。通常把Hc叫做矫顽力。,铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的，要损失能量，称为磁滞损耗，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。,磁滞现象是由于掺杂和内应力等的作用，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。,软磁材料：纯铁，坡莫合金，硅钢，铁氧体等。特点：r大，饱和磁感应强度大，矫顽力小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。易磁化、易退磁。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。,硬磁材料：钨钢，碳钢，铝镍钴合金。适用于做永磁铁：耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。,