普通物理學(xué)14磁場中的磁介質(zhì)課件

1、第14章 磁場中的磁介質(zhì)114.1 磁介質(zhì)對磁場的影響14.2 原子的磁矩14.3 磁介質(zhì)的磁化14.4 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理14.5 鐵磁質(zhì)14.6 簡單磁路本章主要內(nèi)容2基本要求1. 了解磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其微觀解釋。2. 了解各向同性介質(zhì)中磁感應(yīng)強度和磁場強3. 了解鐵磁質(zhì)的特性。度的聯(lián)系和區(qū)別，了解磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理。314.1 磁介質(zhì)對磁場的影響1. 磁介質(zhì) 在考慮物質(zhì)受磁場的影響或它對磁場 的影響時，物質(zhì)統(tǒng)稱為磁介質(zhì)。2. 磁介質(zhì)對磁場的影響B(tài)0：管內(nèi)為真空或空氣時 的磁感應(yīng)強度磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率銅鋁純鐵B：管內(nèi)充滿磁介質(zhì)時的磁感應(yīng)強度43. 磁介質(zhì)的分類順磁質(zhì)抗磁質(zhì)減弱原場

2、增強原場如 鋅、銅、水銀、鉛等如 錳、鉻、鉑、氧等弱磁性物質(zhì)順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的相對磁導(dǎo)率都非常接近于1。鐵磁質(zhì)通常不是常數(shù)具有顯著的增強原磁場的性質(zhì)如 純鐵、硅鋼、坡莫合金等514.2 原子的磁矩閉合電流的磁矩：在外磁場中受到的磁力矩：核外電子軌道運動：r v，估算磁矩大小。 經(jīng)典理論：原子內(nèi)電子軌道運動形成的電流：電子軌道運動的磁矩：電子軌道運動的角動量：電子的軌道磁矩：6分子磁矩可用一個等效的圓電流I（分子電流）來表示。Im 分子磁矩 電子的軌道磁矩電子的自旋磁矩 核的自旋磁矩矢量和 分子在正常情況下，其磁矩的矢量和不為零， 分子在正常情況下，其磁矩的矢量和為零，即分子固有磁矩為零。磁介質(zhì)順

3、磁質(zhì)：分子固有磁矩?？勾刨|(zhì)：71. 順磁質(zhì)有外場：磁矩轉(zhuǎn)向，磁化。分子固有磁矩不為零取向無規(guī)則，不顯示磁性。無外場：8電子軌道半徑不變外場方向與電子軌道磁矩方向相反：外場方向與電子軌道磁矩方向相同：2. 抗磁質(zhì)結(jié)論：在外磁場作用下，電子的軌道運動和自旋運動以及原子核的自旋運動都會發(fā)生變化，產(chǎn)生一附加磁矩 ，附加磁矩總是與外磁場 方向相反。注：順磁質(zhì)也有抗磁效應(yīng)，但較順磁效應(yīng)小得多。+感生磁矩無外場：不顯示磁性有外場：914.3 磁介質(zhì)的磁化一、磁介質(zhì)的磁化二、磁化強度三、磁化強度與束縛電流10一、磁介質(zhì)的磁化順磁質(zhì)磁介質(zhì)的磁化：磁介質(zhì)放到外磁場中時，在磁介質(zhì)的表面出現(xiàn)束縛電流的現(xiàn)象。順磁質(zhì)的束

4、縛電流的方向與外磁場的方向符合右手螺旋關(guān)系，其產(chǎn)生的磁場要加強磁介質(zhì)中的磁場；抗磁質(zhì)的束縛電流的方向與外磁場的方向符合左手螺旋關(guān)系，其產(chǎn)生的磁場要減弱磁介質(zhì)中的磁場；順磁質(zhì)放到外磁場中時，它的分子的固有磁矩要沿著磁場方向取向；抗磁質(zhì)放到外磁場中時，它的分子要產(chǎn)生感生磁矩。束縛電流（或磁化電流）：磁介質(zhì)放到外磁場中時，在磁介質(zhì)的表面出現(xiàn)一電流。11二、磁化強度磁化強度：單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和實驗給出：在一般實驗條件下，各向同性的順磁質(zhì)或抗磁質(zhì)（以及鐵磁質(zhì)在磁場較弱時）的磁化強度都和外磁場成正比，即：真空磁導(dǎo)率：相對磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率，單位與 相同 磁化強度越強，說明磁介質(zhì)磁化程度越強(A/m)1

5、2三、磁化強度與束縛電流dlL 只有環(huán)繞曲線L的分子電流才對通過曲面S的電流強度I有貢獻。先計算環(huán)繞dl的分子電流對I的貢獻。 以dl為母線作一斜圓柱體，其兩底與分子電流所在平面平行，底的半徑等于分子電流的半徑a 。只有中心處在該斜圓柱體的分子電流才環(huán)繞dl，S閉合路徑L包圍（通過曲面S）的總束縛電流：以n表示單位體積的分子數(shù)1314.4 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理 磁場強度穩(wěn)恒磁場、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理： 磁場強度沿任何閉合回路的線積分，等于該回路所包圍的自由電流的代數(shù)和。14 磁介質(zhì)的磁化率和 關(guān)系的進一步推導(dǎo)：15說 明1、在國際單位制中，磁場強度的單位為A/m。 2

6、、引入磁場強度后，安培環(huán)路定律的右邊只包含自 由電流，便于計算。 3、磁場強度僅僅是一個輔助量，真正有意義的是磁感應(yīng)強度。討論：實驗表明，在各向同性均勻磁介質(zhì)中， 和 成正比。16例14.1 同軸電纜由兩同心導(dǎo)體組成，內(nèi)層是半徑為R1的導(dǎo)體圓柱，外層是半徑分別為R2、R3的導(dǎo)體圓筒。兩導(dǎo)體內(nèi)電流等量而反向，均勻分布在橫截面上，導(dǎo)體的相對磁導(dǎo)率為 r1，兩導(dǎo)體間充滿相對磁導(dǎo)率為 r2的不導(dǎo)電的均勻磁介質(zhì)。試求在各區(qū)域中的B分布。解：由安培環(huán)路定理，取半徑為r的環(huán)路，則：17例14.2 一無限長直螺線管，單位長度上的匝數(shù)為n，螺線管內(nèi)充滿相對磁導(dǎo)率為 r 的均勻介質(zhì)。導(dǎo)線內(nèi)通電流I，求管內(nèi)磁感應(yīng)強

7、度。解:安培環(huán)路定理 BcabdlHP1814.5 鐵磁質(zhì)一、磁化曲線二、磁滯回線三、鐵磁質(zhì)的宏觀性質(zhì)四、鐵磁性材料五、鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 磁疇19鐵、鈷、鎳和它們的一些合金、稀土族金屬（在低溫下）等具有明顯而特殊的磁性： 它們的相對磁導(dǎo)率都比較大，且隨B的大小而變化。 都有明顯的磁滯效應(yīng)。 I由求出H，再由其他方法測出B，做B-H (或M-H)曲線20一、磁化曲線（B或M隨H變化的曲線）BH和rH曲線是非線性關(guān)系max 飽和磁感強度OMNPOr=B/0H從試樣完全沒有磁化開始，逐漸增大H，做出的H曲線叫初始磁化曲線21 當鐵磁質(zhì)到達飽和后，慢慢減小H值，B并不沿最初磁化曲線逐慚減小，即鐵磁質(zhì)的

8、磁化過程并不是可逆的。磁滯回線從此曲線看，B的變化總落后于H的變化，這種現(xiàn)象叫磁滯效應(yīng)。 注意： 各種鐵磁質(zhì)都有一臨界溫度，稱居里點（居里溫度），在這溫度以上的鐵磁質(zhì)失去鐵磁性變?yōu)轫槾刨|(zhì)。二、磁滯回線22退磁方法：3. 加交變衰減的磁場使介質(zhì)中的磁場逐漸衰減為 0 ，應(yīng)用在錄音機中的交流抹音磁頭中。BHoctHo1. 升高溫度，達到居里溫度以上。2. 加反向磁場：提供矯頑力。4. 敲擊法：通過振動提供使磁疇瓦解的能量。23三、鐵磁質(zhì)的宏觀性質(zhì)1. 可使原磁場大幅度增加2. 與磁化歷史有關(guān) B-H 非線性3. 磁滯現(xiàn)象4. 居里溫度四、鐵磁性材料軟磁材料：易于磁化，易于退磁，制作電磁鐵，變壓器硬

9、磁材料：BH0軟磁BH0硬磁大，Bmax大， Hc小，磁滯回線窄Br大， Hc大，磁滯回線寬，制作永磁體24 電子的自旋磁矩在一些小區(qū)域自發(fā)的整齊排列，形成自發(fā)磁化的小區(qū)域，稱為磁疇。線度在10-4m。無 整個鐵磁質(zhì)的總磁矩為零（未經(jīng)磁化的鐵磁質(zhì)）無外磁場五、鐵磁質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 磁疇25有外磁場磁化方向與有同向的磁疇擴大磁化方向轉(zhuǎn)向的方向26導(dǎo) 體 半導(dǎo)體 絕緣體鐵磁質(zhì) 順磁質(zhì) 抗磁質(zhì)電介質(zhì)：極化無磁荷輔助量輔助量I0Q0磁介質(zhì)：磁化磁 場 與 電 場 比 較 基本場量有電荷基本場量27磁路 ：由鐵心（或一定的間隙）構(gòu)成的磁感線集中 的通路。14.6 簡單磁路28例14.3 如圖示鐵環(huán)，設(shè)環(huán)的長度為l=0.5m，s=410-4m2，環(huán)的間隙寬度為1.0mm，環(huán)上繞有線圈N=200匝，線圈中的電流為0.5