1、第12章 磁介質(zhì)中的恒定磁場(chǎng),磁介質(zhì)(magnetic medium): 能與磁場(chǎng)發(fā)生相互作用的物質(zhì),磁介質(zhì),被磁化,附加磁場(chǎng),削弱外場(chǎng),?,12.1 磁介質(zhì)及其磁化,設(shè)外場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0 ,介質(zhì)磁化后附加磁場(chǎng)B,磁介質(zhì)中磁場(chǎng):,相對(duì)磁導(dǎo)率(relative permeability):,12.1.1 磁介質(zhì)及其分類,真空螺線管的磁場(chǎng):,介質(zhì)螺線管的磁場(chǎng):,磁導(dǎo)率(permeability):,磁介質(zhì)分類：,順磁質(zhì)(paramagnet): r 1, BB0, B與B0同向 抗磁質(zhì)(diamagnetic material): r 1,BB0 ,B與B0反向,鐵磁質(zhì)(ferromagnetic

2、s): r 1, BB0, B與B0同向,r = 0 B=0 完全抗磁性,磁介質(zhì)是由分子或原子組成的,把分子和原子看成一個(gè)整體,分子或原子中的各電子對(duì)外界產(chǎn)生磁效應(yīng)的總和,可以等效于一個(gè)圓電流,稱為分子電流.,12.1.2 分子磁矩 分子附加磁矩,分子磁矩(molecular magnetic moment),這種分子電流的磁矩是所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩之矢量和(忽略原子核中質(zhì)子和中子的自旋磁矩),稱之為分子的固有磁矩，簡稱分子磁矩.用 表示.,分子附加磁矩,忽略電子自旋,考察磁場(chǎng)對(duì)電子軌道磁矩的作用,結(jié)論: 附加磁矩總是與外磁場(chǎng)反向,對(duì)于整個(gè)分子,附加磁矩,電子反向運(yùn)動(dòng),12.1.3 順

3、磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化,在外磁場(chǎng)中:,抗磁質(zhì),在外磁場(chǎng)中,每個(gè)運(yùn)動(dòng)電子都要產(chǎn)生與外磁場(chǎng)方向相反的附加磁矩 ,分子附加磁矩為,12.1.4 磁化強(qiáng)度矢量與磁化電流,1. 磁化強(qiáng)度(magnetization): 反映磁化程度強(qiáng)弱,單位: 安培米-1(Am-1),定義: 磁化強(qiáng)度為單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和,順磁質(zhì):,方向與外磁場(chǎng) 同向,抗磁質(zhì):,方向與外磁場(chǎng) 反向,即: 分子固有磁矩取向極化是順磁質(zhì)磁化的主要原因,即: 分子附加磁矩是抗磁質(zhì)的磁化的唯一原因,2. 磁化電流(magnetization current),介質(zhì)磁化的宏觀效果是在介質(zhì)橫截面邊緣出現(xiàn)環(huán)形電流, 這種電流稱為“磁化電流Is”.

4、,磁化電流與傳導(dǎo)電流的區(qū)別: 磁化電流是分子內(nèi)電荷運(yùn)動(dòng)一段段接合而成, 不同于傳導(dǎo)電流的電荷定向運(yùn)動(dòng), 又稱束縛電流, 其磁效應(yīng)與傳導(dǎo)電流相當(dāng), 但不產(chǎn)生熱效應(yīng).,磁化面電流密度: 介質(zhì)表面單位長度上的磁化電流,分子磁矩的矢量和:,磁化強(qiáng)度在數(shù)值上等于磁化電流面密度,兩者關(guān)系由右螺旋法則確定.,可以推知: 磁化強(qiáng)度的環(huán)流為,12.2 磁介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理,12.2.1 磁介質(zhì)中的高斯定理,磁介質(zhì)中磁場(chǎng):,由磁化電流產(chǎn)生的微觀機(jī)理可知: 磁化電流與傳導(dǎo)電流在產(chǎn)生磁場(chǎng)方面等效,磁化電流線是一系列閉合曲線,12.2.2 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理:,磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任一閉合回

5、路的環(huán)流, 等于閉合回路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和, 而在形式上與磁介質(zhì)中的磁化電流無關(guān).,如圖取 L 回路,由,在真空中:,例12-1 為了測(cè)試某種材料的相對(duì)磁導(dǎo)率,常將材料做成橫截面為圓形的螺繞環(huán)芯子, 設(shè)環(huán)上繞有線圈200匝, 平均圍長0.1m, 橫截面積為510-5m2, 當(dāng)線圈內(nèi)通有電流0.1A時(shí)用磁通計(jì)測(cè)得穿過橫截面積的磁通量為610-5 Wb, 試計(jì)算該材料的相對(duì)磁導(dǎo)率.,截面磁場(chǎng)近似均勻,解： 選如圖所示的安培環(huán)路,12.3 鐵磁質(zhì),12.3.1 鐵磁質(zhì)的特點(diǎn),高 : B隨H迅速增長,平均斜率比非鐵 磁質(zhì)大得多. 非線性: B和H不是線性關(guān)系, 是一復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系, 非恒量. 磁

6、滯(hysteresis): B的變化落后于H的 變化. 存在居里點(diǎn): 臨界溫度時(shí),失去鐵磁性 成為順磁質(zhì).,鐵: T=1040K 鎳: T=631K,12.3.2 鐵磁質(zhì)的起始磁化曲線 磁滯回線,Br,Hc,Oa: 起始磁化曲線,Hs: 飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度,Br: 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度,Hc: 矯頑力(coercive force),起始磁化曲線 磁滯回線,磁滯損耗: 材料熱效應(yīng)大小與磁滯回線(hysteresis loop)面積 成正比,磁滯效應(yīng): 磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化跟不上磁場(chǎng)強(qiáng)度H的變化,磁滯損耗小, 容易磁化, 容易退磁, 適用于交變磁場(chǎng). 如制造電機(jī), 變壓器等的鐵芯.,鐵磁材料按磁滯回線分類,適合于制造永磁體,適合于制作記錄磁帶及計(jì)算機(jī)的記憶元件,12.3.3 磁疇,鐵磁質(zhì)相鄰原子間存在很強(qiáng)的交換耦合作用, 使得無外場(chǎng)時(shí)電子自旋磁矩在微小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列, 形成一個(gè)個(gè)小的自發(fā)磁化區(qū), 稱為“磁疇”.,鐵磁質(zhì)在外磁場(chǎng)中的磁化過程主要為疇壁的移動(dòng)和磁疇內(nèi)磁矩的轉(zhuǎn)向.,自發(fā)磁化方向逐漸轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向(磁疇轉(zhuǎn)向), 直到所有磁疇都沿外磁場(chǎng)方向整齊排列時(shí), 鐵磁質(zhì)就達(dá)到磁飽和狀態(tài).,磁化過程:,磁滯現(xiàn)象: 撤去外場(chǎng)