1、磁介質(zhì)能與磁場產(chǎn)生相互作用的物質(zhì),磁化磁介質(zhì)在磁場作用下所發(fā)生的變化,一、 物質(zhì)磁性的概述,第十二章 磁場中的磁介質(zhì),無磁介質(zhì)時：,12-1 磁介質(zhì) 磁化強(qiáng)度,充有磁介質(zhì)， 有三種情況,1）,2）,3）,此種磁介質(zhì)稱 為順磁質(zhì),此種磁介質(zhì)稱 為抗磁質(zhì),此種磁介質(zhì)稱 為鐵磁質(zhì),（1）順磁質(zhì),（3）鐵磁質(zhì),（2）抗磁質(zhì),根據(jù) 的大小和方向可將磁介質(zhì)分為 三大類,附加磁場,二、分子電流與分子磁矩,分子磁矩,電子繞核的軌道運(yùn)動,電子本身自旋,分子磁矩在外磁場中受到 磁力矩，使它向磁場方向 偏轉(zhuǎn)，且按統(tǒng)計規(guī)律取向,分子電流所對應(yīng)的磁矩在 外磁場中的行為決定介質(zhì) 的特性。,軌道角動量與磁矩的關(guān)系：,電子磁

2、矩受到力矩,角動量定理,繞磁場進(jìn)動附加一磁矩 與外場 反向。,1、順磁質(zhì),分子的固有磁矩不為零,無外磁場作用時，由于分子的熱運(yùn)動，分子磁矩取向各不相同,整個介質(zhì)不顯磁性。,三、磁化質(zhì)的順磁性與抗磁性,有外磁場時，分子磁矩要受到一個力矩的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。,分子磁矩產(chǎn)生的磁場方向和外磁場方向一致，順磁質(zhì)磁化結(jié)果，使介質(zhì)內(nèi)部磁場增強(qiáng)。,指出一點(diǎn)：附加磁矩 與 相比要小得多，,（順磁質(zhì)）,相差兩個數(shù)量級。因此磁介質(zhì)中的 磁場是加強(qiáng)了。,2、抗磁質(zhì),分子的固有磁矩為零,在外磁場中，抗磁質(zhì)分子會產(chǎn)生附加磁矩,電子繞核的軌道運(yùn)動電子本身自旋,外磁場場作用下產(chǎn)生附加磁矩,電子的附加磁矩總是削

3、弱外磁場的作用。,抗磁性是一切磁介質(zhì)共同具有的特性。,定義:磁化強(qiáng)度,四、磁化強(qiáng)度與磁化電流,Is磁化電流,s沿軸線單位長度上的磁化電流 （磁化面電流密度）,磁化強(qiáng)度M在量值上等于磁化面電流密度。,一、磁介質(zhì)中的高斯定理,通過磁場中任一閉合曲面的總磁通量為零,磁介質(zhì)中的高斯定理,12-2 介質(zhì)中的磁場 磁場強(qiáng)度,二、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,定義磁場強(qiáng)度,在穩(wěn)恒磁場中，磁場強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑的線積分（即環(huán)流）等于包圍在環(huán)路內(nèi)各傳導(dǎo)電流電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關(guān)。,單位：安培/米(A/m),幾點(diǎn)說明：,2） 的單位是A/m（SI制）,三 各向同性的磁介質(zhì),介質(zhì)的磁導(dǎo)率,電介質(zhì)中的 高斯定理

4、,磁介質(zhì)中的 安培環(huán)路定理,例1 一環(huán)形螺線管，管內(nèi)充滿磁導(dǎo)率為，相對磁導(dǎo)率為r的順磁質(zhì)。環(huán)的橫截面半徑遠(yuǎn)小于環(huán)的半徑。單位長度上的導(dǎo)線匝數(shù)為n。 求：環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度,解：,例2 一無限長載流圓柱體，通有電流I ，設(shè)電流 I 均勻分布在整個橫截面上。柱體的磁導(dǎo)率為，柱外為真空。 求：柱內(nèi)外各區(qū)域的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。,解：,在分界面上H 連續(xù), B 不連續(xù),練習(xí) 一磁導(dǎo)率為1的無限長圓柱形直導(dǎo)線，半徑為 R1，其中均勻地通有電流 I 。在導(dǎo)線外包一層磁導(dǎo)率為 2 的圓柱形不導(dǎo)電的磁介質(zhì)，其外半徑為 R2，如圖所示。求磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。,解：由安培環(huán)路定律,無限長直電流的

5、磁場,圓電流中心的磁場,長螺線管電流中部的磁場,環(huán)形長螺線管中部的磁場,無限大均勻磁介質(zhì)中磁場的畢-沙伐定律,靜電場與靜磁場的比較,靜電場,靜磁場,（穩(wěn)恒磁場）,對應(yīng)量,高斯定理,環(huán)路定理,性質(zhì)方程,測量磁滯回線的實驗裝置,鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律,12-3 鐵磁質(zhì),1、磁化曲線,磁強(qiáng)計測量B,如用感應(yīng)電動勢測量 或用小線圈在縫口處測量；,由 得出 曲線,鐵磁質(zhì)的 不一定是個常數(shù)， 它是 的函數(shù),原理: 勵磁電流 I; 用安培定理得H,鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律,磁 滯 回 線,磁滯現(xiàn)象：B 滯后于 H 的變化,2、磁滯回線,B的變化落后于H，從而具有剩磁，即磁滯效應(yīng)。每個H對應(yīng)不同的B與磁化的歷史有關(guān)。,磁滯

6、回線-不可逆過程,在交變電流的勵磁下反復(fù)磁化使其溫度升高的 磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。,（1）根據(jù)現(xiàn)代理論，鐵磁質(zhì)相鄰原子的電子之間存在很強(qiáng)的“交換耦合作用”，使得在無外磁場作用時，電子自旋磁矩能在小區(qū)域內(nèi)自發(fā)地平行排列，形成自發(fā)磁化達(dá)到飽和狀態(tài)的微小區(qū)域。 這些區(qū)域稱為“磁疇”,多晶磁疇結(jié)構(gòu) 示意圖,二、鐵磁質(zhì)內(nèi)的磁疇結(jié)構(gòu),（2）在外磁場作用下，磁疇發(fā)生變化。分兩步：,A 外磁場較弱時，凡磁矩方向與外磁場相同或相近的磁疇都要擴(kuò)大（疇壁向外移動）。,B 外磁場較強(qiáng)時，每個磁疇的磁矩方向都程度不同地向外磁場方向靠攏（即取向）。 外磁場越強(qiáng)，取向作用也越強(qiáng)。,此上兩種變化都導(dǎo)致單位物理

7、小體積內(nèi)磁矩矢量和（即磁化強(qiáng)度M從零逐漸增大，其方向與外場相同。外磁場越強(qiáng)， M也越強(qiáng)，這便是起始磁化曲線的成因。,當(dāng)再加外磁場時， M不再增加，磁化達(dá)到飽和。,（3） 疇壁的外移及磁疇磁矩的取向是不可逆的， 當(dāng)外磁場減弱或消失時磁疇不按原來變化規(guī)律逆著退回原狀。這解釋了磁滯的原因。,（4）既然磁疇起因于電子自旋磁矩的自發(fā)有序排列，而熱運(yùn)動是有序排列的破壞者，因而當(dāng)溫度高于某一臨界時，磁疇就不復(fù)存在，鐵磁質(zhì)就變?yōu)槠胀槾刨|(zhì)。這一臨界溫度叫居里點(diǎn)。,把一塊有剩磁的鐵磁質(zhì)加熱至居里點(diǎn)以上再冷卻，其剩磁會完全消失。,順磁性 來自分子的固有磁矩。,抗磁性 起因于電子的軌道運(yùn)動在外磁場作用的變化。,鐵磁

8、性 起因于電子自旋磁矩的自發(fā)有序排列。,例如，鐵的居里點(diǎn)是1043K。,三種磁介質(zhì)起因的比較,3. 有剩磁、磁飽和及磁滯現(xiàn)象。,鐵磁質(zhì)的特性,2. 有很大的磁導(dǎo)率。 放入線圈中時可以使磁場增強(qiáng)102 104倍。,4. 溫度超過居里點(diǎn)時，鐵磁質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾刨|(zhì)。,1. 磁導(dǎo)率不是一個常量，它的值不僅決定于原線 圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。 B 和H 不是線性關(guān)系。,三 鐵磁質(zhì)的應(yīng)用,軟磁材料作變壓器的。 純鐵，硅鋼坡莫合金(Fe，Ni)，鐵氧體等。,r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯頑力(Hc)小，磁滯回線的面積窄而長，損耗?。℉dB面積小）。,還用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。,(1)軟磁材料,(2)硬磁材料作永久磁鐵,鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金,(3)矩磁材料作存儲元件,Br=BS ，Hc不大，磁滯回線是矩形。 用于