恒定磁場(chǎng)和磁介質(zhì)

恒定磁場(chǎng)和磁介質(zhì)第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一本章討論恒定磁場(chǎng)的這兩個(gè)基本定理和它們?cè)谟写沤橘|(zhì)時(shí)的形式，以及磁介質(zhì)的磁化規(guī)律等。庫侖定律場(chǎng)強(qiáng)疊加原理靜電場(chǎng)的兩個(gè)基本定理靜電場(chǎng)的高斯定理靜電場(chǎng)是有源無旋的是保守場(chǎng)畢奧薩伐爾定律磁感應(yīng)強(qiáng)度疊加原理恒定磁場(chǎng)的兩個(gè)基本定理磁場(chǎng)的高斯定理安培環(huán)路定理恒定磁場(chǎng)是無源有旋的非保守場(chǎng)靜電場(chǎng)的環(huán)路定理概述靜電場(chǎng)恒定磁場(chǎng)本章習(xí)題(共8題)：11-1～8。第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一§11.1磁場(chǎng)的高斯定律和安培環(huán)路定理一、磁場(chǎng)的高斯定律(Gausslawofmagneticfield)1．磁感應(yīng)線用來描述磁場(chǎng)分布的曲線。磁感應(yīng)線上任一點(diǎn)切線的方向——

B的方向。磁感應(yīng)線的疏密程度——B的大小。磁感應(yīng)線密度：在與磁感應(yīng)線垂直的單位面積上的穿過的磁感應(yīng)線的數(shù)目。第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一1)幾種典型的磁感應(yīng)線IB載流長(zhǎng)直導(dǎo)線圓電流載流長(zhǎng)螺線管2)磁感應(yīng)線特性磁感應(yīng)線是環(huán)繞電流的無頭尾的閉合曲線，無起點(diǎn)無終點(diǎn)；兩條磁感應(yīng)線不會(huì)相交。第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.磁通量(magneticflux)

2)計(jì)算1)定義通過磁場(chǎng)中某一曲面的磁感應(yīng)線的數(shù)目，定義為磁通量，用ФB表示。dSdSc.通過任一曲面的磁通量dS第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一規(guī)定法向單位矢量的方向垂直于曲面由里向外。磁感應(yīng)線從曲面內(nèi)穿出時(shí)，磁通量為正(θ<π/2,cosθ>0)磁感應(yīng)線從曲面出穿入時(shí)，磁通量為負(fù)(θ>π/2,cosθ<0)3)說明穿過曲面磁通量可直觀地理解為穿過該面的磁感應(yīng)線條數(shù).單位：韋伯(wb),1Wb=1T·m2

第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3.磁場(chǎng)的高斯定律1)內(nèi)容

通過任一閉合曲面的磁通量等于零。2)解釋磁感應(yīng)線是閉合的，因此有多少條磁感應(yīng)線進(jìn)入閉合曲面，就一定有多少條磁感應(yīng)線穿出該曲面。磁場(chǎng)是有旋無源/無散場(chǎng)(非保守場(chǎng))；(電場(chǎng)是有源場(chǎng)，保守場(chǎng))磁極成對(duì)出現(xiàn)，不存在磁單極子；(單獨(dú)存在正負(fù)電荷)3)說明S或第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一安培(Ampere)(1775-1836)二、安培環(huán)路定理(Amperecircuitaltheorem)

法國(guó)物理學(xué)家，電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人。1805年擔(dān)任法蘭西學(xué)院的物理教授，1814年參加了法國(guó)科學(xué)會(huì)，1818年擔(dān)任巴黎大學(xué)總督學(xué)，1827年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。他還是柏林科學(xué)院和斯德哥爾摩科學(xué)院院士。安培在電磁學(xué)方面的貢獻(xiàn)卓著，發(fā)現(xiàn)了一系列的重要定律、定理，推動(dòng)了電磁學(xué)的迅速發(fā)展。1827年他首先推導(dǎo)出了電動(dòng)力學(xué)的基本公式，建立了電動(dòng)力學(xué)的基本理論，成為電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人。第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一在穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任何閉合回路L的線積分，等于穿過這回路的所有電流強(qiáng)度代數(shù)和的μ0倍，即L1.內(nèi)容或電流正負(fù)的規(guī)定–––按右手螺旋法則。I電流為正I電流為負(fù)第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(1)以閉合的磁感應(yīng)線為線積分的閉合環(huán)路L2.證明r以載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng)為例，分析磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿任意閉合環(huán)路的線積分。在無限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線周圍，

磁感應(yīng)線是在垂直于導(dǎo)線的平面內(nèi)的同心圓。選擇環(huán)路的繞行方向與電流I

組成右手螺旋。即磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿閉合環(huán)路L的線積分與電流I成正比，而與環(huán)路的半徑r無關(guān)。第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(3)不圍繞電流I的任意一個(gè)平面閉合環(huán)路L

I(2)圍繞電流I的任意一個(gè)平面閉合環(huán)路L

dφθdφφ第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(4)圍繞多根載流導(dǎo)線的任一閉合環(huán)路L

Ii，i=1,2,…,n，

穿過回路LIi，i=n+1,n+2,…,n+k

不穿過回路L所有電流的總場(chǎng)穿過回路的電流任意回路L第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一符號(hào)規(guī)定：電流方向與L的環(huán)繞方向服從右手螺旋關(guān)系的I為正，否則為負(fù)。安培環(huán)路定律對(duì)于任一形狀的閉合回路均成立。B的環(huán)流只與環(huán)內(nèi)電流分布有關(guān)，但路徑上B仍是閉合路徑內(nèi)外電流的合貢獻(xiàn)。物理意義：磁場(chǎng)是非保守場(chǎng)，不能引入勢(shì)能。3.說明1)分析磁場(chǎng)的對(duì)稱性：根據(jù)電流的分布來分析；2)過場(chǎng)點(diǎn)選取合適的閉合積分路徑L；3)選好積分回路的取向，確定回路內(nèi)電流I的正負(fù)；4)由安培環(huán)路定理求出B。4.安培環(huán)路定理的應(yīng)用第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一【例1】求均勻載流無限長(zhǎng)圓柱導(dǎo)體內(nèi)外的磁場(chǎng)分布(圓柱導(dǎo)體半徑為R，通過電流為I)。解：分析場(chǎng)分布──軸對(duì)稱性以軸上一點(diǎn)為圓心，取垂直于軸的平面內(nèi)半徑為r的圓為積分環(huán)路無限長(zhǎng)圓柱導(dǎo)體外面的磁場(chǎng)，與電流都集中在軸上的直線電流的磁場(chǎng)相同。當(dāng)r>R時(shí)，

當(dāng)r≤R時(shí)，

rR第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一解：由于螺線管很長(zhǎng)，管內(nèi)中間部分的磁場(chǎng)是均勻的，方向與軸線平行；管的外側(cè)，磁場(chǎng)很弱，可忽略不計(jì)。

取矩形回路L(abcd)在螺線管內(nèi)部,ab邊在軸上，邊cd與軸平行,另兩個(gè)邊垂直于軸。選矩形回路L(abc’d’)的c’d’邊在管外，則abc’d’I【例2】求載流無限長(zhǎng)直螺線管內(nèi)任一點(diǎn)的磁場(chǎng).abcd無限長(zhǎng)直螺線管內(nèi)任一點(diǎn)的磁場(chǎng)都等于軸線上的磁場(chǎng)，管內(nèi)是一個(gè)均勻磁場(chǎng)。第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一設(shè)螺繞環(huán)的半徑為R1，R2共有N匝線圈，通有電流強(qiáng)度為I。取過場(chǎng)點(diǎn)P的磁感應(yīng)線為積分環(huán)路L，它是半徑為r的圓，則n為單位長(zhǎng)度上的匝數(shù),則結(jié)果與載流無限長(zhǎng)直螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相同.同理可得【例3】求載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)。OLrP當(dāng)螺繞環(huán)很細(xì)時(shí)，取R為環(huán)的平均半徑解：對(duì)稱性分析—磁感應(yīng)線是一組同心圓.R1R2第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一【例4】同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體圓柱半徑為R1，外導(dǎo)體圓筒內(nèi)外半徑分別為R2、R3，電纜載有電流I，求磁場(chǎng)的分布。解：同軸電纜的電流分布具有軸對(duì)稱性，在電纜各區(qū)域中磁力線是以電纜軸線為對(duì)稱軸的同心圓。取沿半徑r的磁感應(yīng)線為環(huán)路L，則R2R3IR1Ir當(dāng)r<R1時(shí)，r當(dāng)R1<r<R2時(shí),第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一當(dāng)R2<r<R3時(shí),R2R3IR1Ir當(dāng)r>R3時(shí),r第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一討論磁場(chǎng)和磁介質(zhì)的相互作用：磁介質(zhì)的三種類型：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)、鐵磁質(zhì)磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度及其規(guī)律§11.2有磁介質(zhì)時(shí)的高斯定理和安培環(huán)路定理運(yùn)動(dòng)電荷磁鐵電流電流運(yùn)動(dòng)電荷磁鐵磁場(chǎng)第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一一、磁介質(zhì)及其磁化1.磁介質(zhì)1)什么是磁介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生變化，并能反過來影響磁場(chǎng)的物質(zhì)，稱為磁介質(zhì)。2)磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)在磁場(chǎng)的作用所發(fā)生的變化——磁介質(zhì)的磁化。真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，磁介質(zhì)磁化而產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)為B'，總磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則B'的方向，隨磁介質(zhì)的不同而不同。第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3)磁介質(zhì)的分類依據(jù)B'與B0的方向：順磁質(zhì)B'與B0同向，B>B0，如錳、鉻、鉑、鋁、鎢、氮和氧等抗磁質(zhì)B'與B0反向，B<B0，如金、銀、銅、鋅、鉛、鉍、水銀、硫、氯、氫及惰性氣體等超導(dǎo)體——理想的抗磁體。鐵磁質(zhì)B'與B0同向，B'>>B0，B>>B0，如鐵、鈷、鎳及其合金，還有鐵氧體物質(zhì)等。順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)又稱為弱磁質(zhì)。第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一在物質(zhì)的分子中電子繞原子核作軌道運(yùn)動(dòng)——軌道磁矩；電子本身的自旋——自旋磁矩。分子內(nèi)所有電子的全部磁矩的矢量和，稱為分子的固有磁矩——分子磁矩，用表示。分子磁矩可以用一個(gè)等效的圓電流來表示，稱為分子電流。2.磁介質(zhì)的磁化1)分子電流和分子磁矩即每個(gè)分子中的各電子的運(yùn)動(dòng)對(duì)外總的磁效應(yīng)可等效一個(gè)小環(huán)形電流(形成分子固有磁矩)。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一分子中電子的運(yùn)動(dòng)都相當(dāng)于一個(gè)圓電流，其磁矩用me來表示。由于電子帶負(fù)電，電子的角動(dòng)量L與其磁矩me方向相反。在外磁場(chǎng)B0中，電子除保持上述兩種運(yùn)動(dòng)外，在受到磁力矩MB作用下將發(fā)生進(jìn)動(dòng)。根據(jù)2)附加磁矩電子的進(jìn)動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)圓電流，將產(chǎn)生一個(gè)附加的磁矩me.無論電子的運(yùn)動(dòng)方向如何，me的方向都與外磁場(chǎng)B0相反，即產(chǎn)生了抗磁性。emeL旋進(jìn)B0emeLB0旋進(jìn)第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3)順磁質(zhì)磁化機(jī)理——來自分子的固有磁矩?zé)o外磁場(chǎng)：分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)分子磁矩取向混亂物質(zhì)并不顯磁性——未磁化狀態(tài)加外磁場(chǎng)：分子固有磁矩受外磁場(chǎng)的作用分子磁矩沿外磁場(chǎng)方向排列產(chǎn)生附加的磁場(chǎng)B’，與外場(chǎng)方向相同對(duì)于宏觀小、微觀大的體積元V,對(duì)于宏觀小、微觀大的體積元V,每個(gè)分子的固有磁矩但附加磁矩第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4)抗磁質(zhì)磁化機(jī)理——來自于外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的附加磁矩?zé)o外磁場(chǎng)：分子中每個(gè)電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和不為零，但分子的固有磁矩等于零，即，所以不顯磁性。加外磁場(chǎng)：分子中電子運(yùn)動(dòng)將受到影響——引起與外磁場(chǎng)的方向相反的附加的軌道磁矩：——出現(xiàn)與外磁場(chǎng)方向相反的附加磁場(chǎng)B’；——總磁感應(yīng)強(qiáng)度比外磁場(chǎng)的要略小一點(diǎn)。對(duì)于宏觀小、微觀大的體積元V,第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3.磁化強(qiáng)度(magnetizationintensity)

──用來描述磁介質(zhì)磁化程度的物理量。1)定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)分子總磁矩的矢量和，稱為磁化強(qiáng)度。2)單位：安培/米(A/m)3)說明：磁化強(qiáng)度是描述磁介質(zhì)磁化的宏觀物理量與介質(zhì)特性、溫度與統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)順磁質(zhì)M與B0同向，所以B'與B0同方向抗磁質(zhì)M與B0反向，所以B'與B0反方向其中V為宏觀小、微觀大的體積元,為V內(nèi)分子總磁矩的矢量和，包括分子固有磁矩和附加磁矩。對(duì)順磁質(zhì)對(duì)抗磁質(zhì)均勻磁化：第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一4.磁化電流(magnetizationcurrent)在外磁場(chǎng)中，在磁介質(zhì)的每一體積元V中，順磁質(zhì)的分子磁矩的矢量和，沿著外磁場(chǎng)方向抗磁質(zhì)的附加磁矩的矢量和，逆著外磁場(chǎng)方向可用等效的分子電流來代替上述矢量和。在通電I的長(zhǎng)直螺線管內(nèi)充滿各向同性的均勻順磁質(zhì)，磁介質(zhì)被均勻磁化.在螺線管垂直截面上內(nèi)部，成對(duì)的方向相反的分子電流互相抵消，僅在邊緣處形成了大的環(huán)形電流I’，稱為磁化電流。整體看來，磁化了的介質(zhì)宛如一個(gè)由磁化電流構(gòu)成的螺線管。設(shè)沿軸線單位長(zhǎng)度上的磁化電流(即磁化電流線密度)為

A’，則對(duì)于截面積為S、長(zhǎng)為l的一段磁介質(zhì)圓柱，有

一般情況：第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一選取矩形abcda為積分環(huán)路，其中bc和da垂直于軸線，ab和cd平行于軸線，cd在磁介質(zhì)外，于是有該結(jié)果是普遍成立的，即磁化強(qiáng)度M沿任意閉合環(huán)路L的線積分，等于穿過以積分環(huán)路L為周界的任意曲面的磁化電流的代數(shù)和，即在一般情況，磁化強(qiáng)度與磁介質(zhì)表面不一定平行，設(shè)與表面外法線方向夾角為，則或第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一二、有磁介質(zhì)時(shí)的高斯定理真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，磁介質(zhì)磁化而產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)為B'，總磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則磁化電流與傳導(dǎo)電流都遵從畢奧薩伐爾定律，則有

則這就是有磁介質(zhì)時(shí)的高斯定理，可以表述為：對(duì)于總磁場(chǎng)B來說，磁場(chǎng)中任一閉合曲面的總磁通量恒等于零。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場(chǎng)強(qiáng)度1.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理在磁介質(zhì)內(nèi)，取任一閉合回路L，則磁化電流傳導(dǎo)電流而則磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任何閉合回路的線積分，等于通過該回路所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。定義：磁場(chǎng)強(qiáng)度第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一電介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一2.磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系1)一般情況2)各向同性的順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)中磁化率相對(duì)磁導(dǎo)率絕對(duì)磁導(dǎo)率順磁質(zhì)：χm>0，μr>1，M與B同向抗磁質(zhì)：χm<0，μr<1，M與B反向?qū)嶒?yàn)規(guī)律第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一對(duì)于氧、氦和氮等氣體，壓強(qiáng)為100kPa.由表中數(shù)據(jù)可見，這順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁性都很弱，

m

<<1，

r

1。磁化率是隨溫度變化的，常見順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)在室溫下的磁化率：順磁質(zhì)m抗磁質(zhì)m氧1.80106氦1.05109鋁2.07105氮6.27109鎢7.80105水9.03106鈦1.8104銅9.63106鉑2.79104銀2.39105鉻3.13104金3.45105釓4.76101鉍1.65104第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3)引進(jìn)磁場(chǎng)強(qiáng)度的物理意義在一般磁介質(zhì)中，磁場(chǎng)強(qiáng)度的環(huán)流為在各向同性均勻磁介質(zhì)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的環(huán)流為畢一薩定律4)說明磁場(chǎng)強(qiáng)度是一個(gè)輔助物理量。單位：A·m-1的環(huán)流只與穿過閉合回路的傳導(dǎo)電流有關(guān)，而與磁化電流無關(guān)。第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一3.安培環(huán)路定律的應(yīng)用計(jì)算有磁介質(zhì)存在時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B：先求磁場(chǎng)強(qiáng)度H；再由B=μH，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B

?！纠?】長(zhǎng)直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì)(r)，設(shè)勵(lì)磁電流I0，單位長(zhǎng)度上的匝數(shù)為n。求管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：因管外磁場(chǎng)很弱，近似為零，取如圖所示安培回路abcd，則l第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一【例2】長(zhǎng)直單芯電纜的芯是一根半徑為R的金屬導(dǎo)體，它與外壁之間充滿均勻磁介質(zhì)，電流從芯流過再沿外壁流回。求磁介質(zhì)中磁場(chǎng)分布。方向沿圓的切線方向解：在磁介質(zhì)中，取與電纜軸線同心的半徑為r的圓形安培回路L，則R第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一設(shè)螺繞環(huán)的平均半徑為R，線圈的總匝數(shù)為N.取與環(huán)同心的圓形積分環(huán)路L，傳導(dǎo)電流I0共穿過此環(huán)路N次，則則磁場(chǎng)強(qiáng)度H可用B0表示為故磁介質(zhì)環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為【例3】已知磁化場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0，介質(zhì)的磁化強(qiáng)度為M，利用有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理，計(jì)算充滿磁介質(zhì)的螺繞環(huán)內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.而磁化場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0就是空心螺繞環(huán)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，即解：對(duì)稱性分析——管內(nèi)磁感應(yīng)線是一組同心圓第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一窄隙永磁環(huán)宛如電流線密度為由于可見對(duì)于B來說，窄隙的作用可以忽略不計(jì)，連續(xù)；然而場(chǎng)點(diǎn)是否在磁介質(zhì)體內(nèi)，對(duì)于H值的確定卻是重要的，不連續(xù)。【例4】一個(gè)帶有很窄縫隙的永磁環(huán)，已知其磁化強(qiáng)度為M，試求圖中所標(biāo)各點(diǎn)的B和H.的沿著M方向的附加磁感應(yīng)強(qiáng)度：解：磁環(huán)介質(zhì)表面分布的總磁化電流為傳導(dǎo)電流I0=

0，于是有故的螺繞環(huán)，它產(chǎn)第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一【例4】相對(duì)磁導(dǎo)率為μr1的無限長(zhǎng)磁介質(zhì)圓柱，半徑為R1，其中通以電流I，且電流沿橫截面均勻分布。在磁介質(zhì)圓柱的外面有半徑為R2的無限長(zhǎng)同軸圓柱面，該圓柱面上通有大小也為I但方向相反的電流。在圓柱面和圓柱體之間充滿相對(duì)磁導(dǎo)率μr2(>μr1)為的均勻磁介質(zhì)，圓柱面外為真空。試求B和H的分布，以及在半徑為R1的界面上的磁化電流I’

的大小。[解](1)求解B和H的分布：根據(jù)有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理及軸對(duì)稱性求解。1)2)3)第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一(2)求解半徑為R1的界面上的磁化電流I’

:考慮到B,H和M三者的方向一致，則r<R1，R1<r<R2，利用式可得磁介質(zhì)在半徑為R1的界面內(nèi)外側(cè)的磁化電流線密度分別為其中k是z軸方向上的單位矢量，總的磁化電流的大小為方向沿z軸正方向，即與產(chǎn)生磁化場(chǎng)的內(nèi)圓柱中傳導(dǎo)電流方向相同。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一§11-3鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)的特性：1．在外磁場(chǎng)作用下能產(chǎn)生很強(qiáng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；2．當(dāng)外磁場(chǎng)停止作用時(shí)，仍能保持其磁化狀態(tài)；3．B與H之間不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系；4．鐵磁質(zhì)都有一臨界溫度。在此溫度之上，鐵磁性完全消失而成為順磁質(zhì)——居里溫度或居里點(diǎn)。鐵——1043℃鎳——630℃鈷——1390℃鐵磁質(zhì)的起因可以用“磁疇”理論來解釋。第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一一、磁疇概念：鐵磁質(zhì)內(nèi)的電子之間因自旋引起的相互作用非常強(qiáng)烈，在內(nèi)部形成了一些自發(fā)磁化的微小區(qū)域，叫做磁疇。每個(gè)磁疇中，各電子的自旋磁矩排列得很整齊。磁疇大小約為1017～1021個(gè)原子/10-12～10-8m3。磁疇的顯示：磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測(cè)。在無外磁場(chǎng)的作用下磁疇取向平均抵消，能量最低，不顯磁性。鐵磁質(zhì)的磁化：在外磁場(chǎng)較弱時(shí)，自發(fā)磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同或相近的那些磁疇的體積將逐漸增大(疇壁位移)；在外磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí)，每個(gè)磁疇的自發(fā)磁化方向?qū)⒆鳛橐粋€(gè)整體，在不同程度上轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向(磁疇取向)；當(dāng)所有磁疇都沿外磁場(chǎng)方向排列時(shí)，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到了飽和。單晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖多晶磁疇結(jié)構(gòu)示意圖飽和磁化強(qiáng)度Ms就等于每個(gè)磁疇中原來的磁化強(qiáng)度，該值是非常大的，所以鐵磁質(zhì)的磁性比順磁質(zhì)強(qiáng)得多。

第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一①磁疇自發(fā)磁化方向的改變還會(huì)引起鐵磁質(zhì)中晶格間距的改變，從而伴隨著發(fā)生磁化過程鐵磁體的長(zhǎng)度和體積的改變，稱為磁致伸縮。②如果在磁化達(dá)到飽和后撤除外磁場(chǎng)，鐵磁質(zhì)將重新分裂為許多磁疇，但由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，磁疇并不能恢復(fù)到原先的退磁狀態(tài)，因而表現(xiàn)出磁滯現(xiàn)象。③當(dāng)鐵磁質(zhì)的溫度超過某一臨界溫度時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇到了使磁疇瓦解的程度，從而使材料的鐵磁性消失而變?yōu)轫槾判?，這個(gè)臨界溫度稱為居里點(diǎn)。在強(qiáng)外磁場(chǎng)作用下，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到了飽和，鐵磁質(zhì)的磁性比順磁質(zhì)強(qiáng)得多。單晶結(jié)構(gòu)鐵磁滯磁化過程示意圖第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一OHB二、磁化曲線裝置：螺繞環(huán)──待測(cè)磁性材料做成圓環(huán)樣品，其上均勻繞上初級(jí)線圈和次級(jí)線圈。由次級(jí)線圈，實(shí)驗(yàn)測(cè)量B。由B和H算出原理：勵(lì)磁電流I；用安培定理得鐵磁質(zhì)m

很大，且隨外磁場(chǎng)而變化，B與H之間為非線性關(guān)系。由B和H，可得m=B/H.磁化曲線：對(duì)不同I(即H)，對(duì)應(yīng)不同的B和M，可得B-H或M-H曲線。由于鐵磁質(zhì)的M比H大得多(約102~106倍)，所以

B=0(H+M)

0M，即B-H與M-H曲線幾乎一樣。mimmax第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一初始磁化曲線：O→A，H增加，B增加A→B，H變大，B急劇增大，B→C，H增加，B緩慢增加C→S，H增加，B逐漸趨于飽和，

Bs：飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度當(dāng)全部磁疇都沿外磁場(chǎng)方向時(shí)，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到飽和狀態(tài)。飽和磁化強(qiáng)度MS等于每個(gè)磁疇中原來的磁化強(qiáng)度，該值很大，這就是鐵磁質(zhì)磁性r大的原因。磁化曲線的重要性根據(jù)B~H之間的關(guān)系，若已知一個(gè)量可求出另一個(gè)量。在設(shè)計(jì)電磁鐵，變壓器以及一些電氣設(shè)備時(shí)，磁化曲線是很重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。BHOB~HBsABSC第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期一B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象，叫做磁滯現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱磁滯。剩磁Br：當(dāng)磁場(chǎng)