第15章 磁介質(zhì)磁化

進(jìn)動(dòng)方向一致!進(jìn)動(dòng)可以證明：不論電子原來的磁矩與磁場方向之間的夾角是何值，這種進(jìn)動(dòng)等效圓電流附加磁矩μL的方向永遠(yuǎn)與B0的方向相反?？勾刨|(zhì)：在外磁場在外磁場的作用下，體積元V內(nèi)分子附加磁矩的矢量和，激發(fā)一個(gè)和外磁場方向相反的附加磁場，這就是抗磁性的起源。注意：1）要宏觀無限小，微觀無限大。4）物理含義--描述物質(zhì)磁化的程度與狀態(tài)。2）M的單位：磁化越厲害，分子磁矩的矢量和越大。對外磁場的影響也越大。3.磁化強(qiáng)度:單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和。它帶來附加磁場的貢獻(xiàn)。3）順磁質(zhì)中，M與外場方向一致，抗磁質(zhì)中，M與外場方向相反。在外磁場分子磁矩可以忽略；順磁質(zhì)抗磁質(zhì)只有58磁化電流的產(chǎn)生2ok.swf4磁化強(qiáng)度與磁化電流間的關(guān)系對于各向同性的均勻介質(zhì)，介質(zhì)內(nèi)部各分子電流相互抵消，而在介質(zhì)表面，未被抵消的分子電流相互拼接，在磁化圓柱的表面出現(xiàn)一層電流，稱為磁化面電流。大?。簡挝婚L度磁介質(zhì)的磁化面電流.方向：該處磁化面電流的方向。面電流密度磁化面電流LR順磁質(zhì)L一般言之：介質(zhì)表面磁化面電流密度LSM式中：為磁化強(qiáng)度為介質(zhì)表面外法線的單位矢量。（微分關(guān)系）取一長為l面積為S的磁介質(zhì)。則：abcda作閉合回路求積分abcd積分關(guān)系磁化強(qiáng)度對閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面積內(nèi)的總磁化電流。磁化強(qiáng)度與磁化面電流的關(guān)系，雖然是從特例給出，但是普遍成立的。無磁介質(zhì)時(shí)有磁介質(zhì)時(shí)定義磁場強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁場強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分等于穿過該路徑的所有傳導(dǎo)電流的代數(shù)和，而與磁化電流無關(guān)。15.2有介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理磁化電流傳導(dǎo)電流有磁介質(zhì)的總場一、說明：1）是一輔助物理量，描述磁場的基本物理量仍然是3）是一普遍關(guān)系式2）的單位是A/m（SI制）實(shí)驗(yàn)規(guī)律：各向同性的介質(zhì)

B=rB0m磁化率磁導(dǎo)率有磁介質(zhì)時(shí)無磁介質(zhì)時(shí)(3)用右手螺旋定則確定所選定的回路包圍電流的正負(fù)，由安培環(huán)路定理求出磁場強(qiáng)度H的大小。二安培環(huán)路定理的應(yīng)用(2）L上的大小相等，方向相同。（或者與平行或垂直。）(1）磁場分布有對稱性(4)在各向同性的介質(zhì)中,可求得磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁化強(qiáng)度M及磁化電流密度jm.例1：如圖半徑為R1的無限長圓柱體中均勻通有電流I，外有半徑為R2的通有反向電流I的無限長同軸圓柱面，兩者之間充滿著磁導(dǎo)率為

的均勻磁介質(zhì)。試求(1)圓柱體內(nèi)一點(diǎn)磁場；(2)圓柱體外圓柱面內(nèi)一點(diǎn)的磁場；(3)圓柱面外一點(diǎn)的磁場。解:(1)磁場是軸對稱分布的，以r為半徑作圓為積分回路，根據(jù)安培環(huán)路定理有IIIR1R2rrr(2)以r

為半徑作圓，(3)以r

為半徑作圓，例2：長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)r，設(shè)電流I，單位長度上的匝數(shù)為

n

。求管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁介質(zhì)表面的磁化電流密度。解：因管外磁場為零，取如圖所示安培回路例2：長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)r，設(shè)電流I0，單位長度上的匝數(shù)為

n。求管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁介質(zhì)表面的磁化電流密度。另解：實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：有、無磁介質(zhì)的螺旋管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值，即相對磁導(dǎo)率磁介質(zhì)磁化電流與傳導(dǎo)電流按相同規(guī)律激發(fā)磁場

nI:單位長度上的電流。例3:在均勻密繞的螺繞環(huán)內(nèi)充滿均勻的順磁介質(zhì)，已知螺繞環(huán)中的傳導(dǎo)電流為I，單位長度內(nèi)匝數(shù)n，環(huán)的橫截面半徑比環(huán)的平均半徑小得多，磁介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為r和，求環(huán)內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：在環(huán)內(nèi)任取一點(diǎn)，過該點(diǎn)作一和環(huán)同心、半徑為r的圓形回路。式中N為螺繞環(huán)上線圈的總匝數(shù)。由對稱性可知，在所取圓形回路上各點(diǎn)的磁場強(qiáng)度的大小相等，方向都沿切線。當(dāng)環(huán)內(nèi)充滿均勻介質(zhì)時(shí)裝置：螺繞環(huán);鐵磁質(zhì)沖擊電流計(jì)測量B鐵磁質(zhì)的r非常量15.3鐵磁質(zhì)原理:勵(lì)磁電流I;

用安培定理得H一磁化規(guī)律起始磁化曲線；B~H非線性；磁飽和現(xiàn)象剩磁飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度矯頑力磁滯回線--不可逆過程當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，高磁導(dǎo)率、磁滯、磁致伸縮等一系列鐵磁質(zhì)性質(zhì)消失。這溫度稱鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)。如：鐵為1040K，鈷為1390K，鎳為630K.裝置如圖所示：將懸掛著的鎳片移近永久磁鐵，即被吸住，說明鎳片在室溫下具有鐵磁性。用酒精燈加熱鎳片，當(dāng)鎳片的溫度升高到超過一定溫度時(shí)，鎳片不再被吸引，在重力作用下擺回平衡位置，說明鎳片的鐵磁性消失，變?yōu)轫槾判?。移去酒精燈，稍待片刻，鎳片溫度下降到居里點(diǎn)以下恢復(fù)鐵磁性，又被磁鐵吸住。作變壓器的軟磁材料。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，損耗小。用于繼電器、電機(jī)、以及各種高頻電磁元件的磁芯、磁棒。作永久磁鐵的硬磁材料鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金矯頑力(Hc)大（>102A/m)，剩磁Br大磁滯回線的面積大，損耗大。用于磁電式電表中的永磁鐵。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。二鐵磁質(zhì)的應(yīng)用作存儲元件的矩磁材料Br=BS，Hc不大，磁滯回線是矩形。用于記憶元件，當(dāng)+脈沖產(chǎn)生H>Hc使磁芯呈+B態(tài)，則–脈沖產(chǎn)生H<–Hc使磁芯呈–

B態(tài)，可做為二進(jìn)制的兩個(gè)態(tài)。錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體壓磁材料具有較強(qiáng)的磁致伸縮效應(yīng).BHO磁致伸縮有一定固有頻率當(dāng)外磁場變化頻率和固有頻率一致發(fā)生共振常用于制造激振器、超聲波發(fā)生器。在外磁場作用下，磁矩與外磁場同方向排列時(shí)的磁能最小，結(jié)果是自發(fā)磁化磁矩和外磁場成小角度的磁疇處于有利地位，這些磁疇體積逐漸擴(kuò)大，而自發(fā)磁化磁矩與外磁場成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。隨著外磁場的不斷增強(qiáng)，取向與外磁場成較大角度的磁疇全部消失，留存的磁疇將向外磁場的方向旋轉(zhuǎn)，以后再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇都沿外磁場方向整齊排列，這時(shí)磁化達(dá)到飽和。在沒有外磁場作用時(shí)，磁體內(nèi)各磁疇磁矩排列雜亂，任意物理無限小體積內(nèi)的平均磁矩為零。疇壁擴(kuò)充磁疇轉(zhuǎn)向達(dá)到飽和順磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率明顯地依賴于溫度，而抗磁質(zhì)的磁導(dǎo)率則幾乎與溫度無關(guān)，為什么？答：順磁質(zhì)的磁性主要來源于分子的固有磁矩沿外磁場方向的取向排列。當(dāng)溫度升高時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的緣故，這些固有磁矩更易趨向混亂，而不易沿外磁場方向排列，使得順磁質(zhì)的磁性因磁導(dǎo)率明顯地依賴于溫度。鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于磁疇的磁矩方向沿外磁場方向的取向排列。當(dāng)溫度升高時(shí)，各磁疇的磁矩方向易趨向混亂而使鐵磁質(zhì)的磁性減小，因而鐵磁質(zhì)的磁導(dǎo)率會明顯地依賴于溫度。當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度超過居里點(diǎn)時(shí)，其磁性還會完全消失。至于抗磁質(zhì)，它的磁性來源于抗磁質(zhì)分子在外磁場中所產(chǎn)生的與外磁場方向相反的感生磁矩，不存在磁矩的方向排列問題，因而抗磁質(zhì)的磁性和分子的熱運(yùn)動(dòng)情況無關(guān)，這就是抗磁質(zhì)的磁導(dǎo)率幾乎與溫度無關(guān)的原因。穩(wěn)恒電流的磁場小結(jié)場源物質(zhì)性力穩(wěn)恒磁場的內(nèi)容框架功能A

Wm畢奧—薩伐爾定律高斯定理磁介質(zhì)無源場磁化Q動(dòng)、I傳、I分I位恒定電流I穩(wěn)恒磁場安培環(huán)路定理非保守場順磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)磁滯現(xiàn)象居里點(diǎn)磁導(dǎo)率大靜電場穩(wěn)恒磁場應(yīng)用均勻場電偶極子磁偶極子類比總結(jié)2.電荷受力1.基本性質(zhì)無源有源無旋有旋帶電體電流類比總結(jié)

電介質(zhì)磁介質(zhì)1.分子模型電偶極子有極無極磁偶極子順、鐵抗2.介質(zhì)對場的影響極化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度極化電荷3.各向同性線性介質(zhì)4.理論上處理對稱性磁化電流繞開極化電荷繞開磁化電流無限長直電流的磁場圓電流環(huán)中心的磁場軸線上磁場基本計(jì)算：一：及其計(jì)算注意分解1.疊加法:沿x軸正方向磁通量均勻磁場，平面線圈SdS例1.有一閉合回路由半徑為a和b的兩個(gè)同心共面半圓連接而成，如圖其上均勻分布線密度為的電荷，當(dāng)回路以勻角速度繞過0點(diǎn)垂直于回路平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，求：圓心0點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。ab01234解：兩個(gè)帶電同心半圓轉(zhuǎn)動(dòng)等效圓電流分別為在圓心0點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直紙面向外，大小為兩段帶電直線轉(zhuǎn)動(dòng)等效為許多半徑不等的圓電流，r----r+dr點(diǎn)電荷轉(zhuǎn)動(dòng)等效半徑r的圓電流在圓心0點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直紙面向外，大小為垂直紙面向外無限大均勻載流平面無限長直均勻載流圓筒<>典型結(jié)果密繞螺繞環(huán)密繞長直螺線管內(nèi)部場面電流密度jrr2.安培環(huán)路定理的應(yīng)用（軸對稱，面對稱）有磁介質(zhì)各向同性磁介質(zhì)例2．無限長載流空心圓柱導(dǎo)體的內(nèi)外半徑分別為a、b，電流在截面上均勻分布，則空間各處的B大小與場點(diǎn)到圓柱中心軸線的距離r的關(guān)系定性地如圖所示。正確的圖是[]Bab∴圖B正確凸函數(shù)均勻磁場，平面載流線圈所受力矩2.洛倫茲力二安培定律1.霍耳效應(yīng)判斷載流子類型注意分解磁力的功閉合電流磁矩I例3.有一半徑為a，流過穩(wěn)恒電流為I的1/4圓弧形載流導(dǎo)線bc，按圖示方式置于均勻外磁場中，則該載流導(dǎo)線所受的安培力大小______________.

導(dǎo)體電介質(zhì)靜電感應(yīng)靜電平衡電容器____電容C、電場能量極化有介質(zhì)時(shí)的高斯定理各向同性介質(zhì)電場能量密度靜電場中的導(dǎo)體與電介質(zhì)小結(jié)內(nèi)容框架綜合應(yīng)用一、導(dǎo)體靜電平衡表面電荷與場強(qiáng)的關(guān)系2.計(jì)算：場強(qiáng)與電勢二、電介質(zhì)極化1.極化描述：等勢體1.性質(zhì)：2.有介質(zhì)存在時(shí)的高斯定理與場的計(jì)算基本要求各向同性的介質(zhì)三：電容器與能量1.電容的概念與計(jì)算2.電容器的串聯(lián)與并聯(lián)3.電容器與靜電場的能量設(shè)極板帶電，由有介質(zhì)時(shí)的高斯定理求D,根據(jù)各向同性電介質(zhì)再求E.例4：一圓柱形電容器，外柱的直徑為4cm，內(nèi)柱的直徑可以適當(dāng)選擇，若其間充滿各向同性的均勻電介質(zhì)，該介質(zhì)的擊穿電場強(qiáng)度的大小為E0=200KV/cm．試求該電容器可能承受的最高電壓．(自然對數(shù)的底e=2.7183)

設(shè)電容器內(nèi)外兩極板半徑分別為r0，R，則極板間電壓為

解：設(shè)圓柱形電容器兩極板單位長度上帶有電荷為l，則由高斯定律可得電容器兩極板之間的場強(qiáng)分布為電介質(zhì)中