大学普通物理课件第14章-磁场中的磁介质.ppt

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1、第十四章 磁场中的磁介质,Medium in Magnetic Field,本章主要内容,14-1 磁介质对磁场的影响14-2 原子的磁矩14-3 磁介质的磁化14-4 的环路定理14-5 铁磁质,第十四章 磁场中的磁介质,磁介质是所有实物物质的统称。,物质由带电粒子（分子、原子）组成，原子中存在运动电荷，它们会受到磁场的作用。因此，磁场和磁介质会产生相互作用。,磁场和磁介质的相互作用相似于电场和电介质的相互作用，研究方法也是类似的。,电介质：极化 束缚电荷 极化强度 电位移磁介质：磁化 束缚电流 磁化强度 磁场强度,14-1 磁介质对磁场的影响,Influence of a Magnetic

2、 Medium exerting on Magnetic Field,磁介质的分类,磁介质对磁场的影响,相对磁导率:,实验发现：有、无磁介质的螺线管内磁感应强度 B 和 B0 不相等，但它们的比值表征磁介质本身的性质。,弱磁介质,磁化电流与附加磁场,磁化在宏观上表现为：磁介质表面产生一种束缚在介质内部的等效电流磁化（面）电流，或束缚（面）电流。,14-2 原子的磁矩,Atomic Magnetic Moment,总之，原子中每一个电子的运动（包括自旋）都产生一个磁矩，它的方向总是与电子的角动量反向。,原子中电子的磁矩,轨道角动量,电子绕原子核作圆周运动，等效于有圆电流，有磁矩：,轨道磁矩,由原

3、子组成的分子，其中所有的电子磁矩的矢量和构成了分子的固有磁矩。（电子和核的自旋磁矩可忽略）,分子固有磁矩,正常情况下，固有磁矩为零的分子组成的物质就是抗磁质。固有磁矩不为零的分子组成的物质就是顺磁质。铁磁质是顺磁质的一种特例。,固有磁矩在外磁场中，会受到磁场的力矩作用：,14-3 磁介质的磁化,Magnetization of Magnetic Media,感生磁矩,1.磁化的微观机制,在外磁场作用下，电子的轨道运动和自旋运动都会发生变化，变化的结果是这个电子在磁场 的反方向产生一个附加磁矩。（是物质本身抵抗被磁化的一种属性）,每个电子的附加磁矩的总和，就构成了分子在被磁化时的感生磁矩。感生磁

4、矩的方向总是与磁场方向相反。,不论是抗磁质还是顺磁质，感生磁矩是普遍存在的。,抗磁质的磁化,抗磁质分子的固有磁矩等于零。,无外磁场时：宏观不显磁性。,有外磁场时：在外磁场作用下，产生感生磁矩。,分子感生磁矩在宏观上形成束缚电流，它产生附加磁场。,有序排列的分子磁矩，在宏观上形成束缚电流，它产生附加磁场，,顺磁质的磁化,无外磁场时：分子固有磁矩无规则排列。宏观上不显磁性。,有外磁场时：分子固有磁矩在磁场作用下向磁场方向偏转。,（无序有序）,顺磁质分子的固有磁矩不为零。,说明：抗磁效应普遍存在。顺磁质中也有，只是顺磁质的磁化效应大于抗磁效应，宏观就表现为顺磁性。,铁磁质的磁化机制类似于顺磁质。铁磁

5、质中存在一种天然磁化单元磁畴（在一个微观较大的区域里分子固有磁矩同向排列）。在外磁场的作用使磁畴的排列趋向于磁场方向，由于有序性很强，宏观上表现强磁化。,磁化强度,在磁介质中任取一宏观小、微观大的体积，设 表示 内所有分子磁矩（感生、固有）的矢量和，则磁化强度定义为：,理论上可以证明：束缚面电流密度与磁化强度的关系为：,实验证明：均匀、各向同性的弱磁介质被磁化时，有，或,磁化场强度的环流等于与回路 相套的束缚电流的电流强度：,14-4 H 的环路定理,Circuital Theorem for H,把安培环路定理应用到有磁介质的情况中，有,引入磁场强度,得 的环路定理,于是有,定理：沿任一闭合

6、路径磁场强度的环路积分等于与该闭合路径相套的自由电流的代数和。,自由电流,束缚电流,对均匀、各向同性的磁介质：,磁导率：,磁场强度 是一个辅助量，它本身无物理意义。与 类似,利用 的环路定理可以在有对称性的情况下，求出；进而求出 的分布（均匀、各向同性介质）。,例1 计算均匀密绕、充满磁导率为 mr的均匀各向同性磁介质的环形螺线管内部的磁场强度、磁感应强度、介质的磁化强度和磁化面电流密度。已知传到电流为 I，单位长度绕有线圈 n 匝。,解：因介质充满环体，磁场（和）的分布同无磁介质时相同。,取与环同心的回路 L，利用 的环路定理，有,利用，,14-5 铁 磁 质,Ferromagnetic Material,软磁材料 小（纯铁、硅钢、坡莫合金等）硬磁材料 大（碳钢、钨钢、铝镍钴合金等）,铁磁质的磁化特性,传导电流,磁滞现象(B的变化总是落后H的变化的现象),剩磁,矫顽力,铁磁质在交变磁场中被磁化时，由于内部分子（磁畴）的反复运动，引起铁心发热而带来能量的损耗。它是由磁滞现象引起的。,居里点,当 时，铁磁质的铁磁特性消失，成为顺磁质。,铁磁材料存在一个特定的温度居里点,磁滞损耗,Fe：1040K，Co：1390K，Ni：630K。,磁化一个周期所产生的热量正比于磁滞回线的面积。,本章结束,The End of This Chapter,