磁场中的磁介质

§12-2 磁介质中的安培环路定理 一. 磁化面电流密度 考虑长直螺线管内充满均匀磁介质 在导线中的传导电流I 在导线中的传导电流 产生的磁场的 作用下，介质被磁化. 作用下，介质被磁化 此时介质内出现分子电流。 此时介质内出现分子电流。
⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗
D
= ∫ M ⋅ dl
∫l B⋅ dl
= µ0 (NI + ∫l M ⋅ dl )
B − M ⋅ dl = NI = ∑I ∫ µ l 0
三. 磁场强度 令:
H=
B
µ0
叫磁场强度 单位:A/m − M H叫磁场强度 单位
则磁介质中的安培环路定理为
∫ H ⋅ dl = ∑I
l
说明: 说明 (1) ∑I 是环路包围的传导电流之和 不包括分子电流 是环路包围的传导电流之和, 不包括分子电流. (2) I 的正负规定与真空中该定理的规定相同 的正负规定与真空中该定理的规定相同. (3) 由环路定理, H 的环流仅由∑I决定 但环路上任一点 由环路定理 的环流仅由∑ 决定,但环路上任一点 决定 值仍由空间所有电流决定. 的H 值仍由空间所有电流决定 (4)当磁场中充满均匀的各向同性磁介质时 磁场强度与 当磁场中充满均匀的各向同性磁介质时,磁场强度与 当磁场中充满均匀的各向同性磁介质时 磁介质无关. 此时,可由 的环路定理先求H, 后求B. 可由H的环路定理先求 磁介质无关 此时 可由 的环路定理先求 后求
er B0 ∆m = − 4me
2 2
ω v ⊕ ⊝
B0 ∆ω
B = B0 − B′
同理当B 反向时, 也是反向. 同理当 0与ω反向时 B′与B0 也是反向 B'
m
∆m
2.抗磁质 抗磁质 任何磁介质都有抗磁性,在顺磁物质中 产生的B 任何磁介质都有抗磁性 在顺磁物质中m 产生的 ′ 在顺磁物质中 远大于∆ 产生的 故物质呈顺磁性.(忽略 的影响 产生的B 忽略∆ 的影响) 远大于∆m产生的 ′, 故物质呈顺磁性 忽略∆m的影响 而在抗磁质中,由于分子的电结构不同 固有分子磁矩 而在抗磁质中 由于分子的电结构不同,固有分子磁矩 由于分子的电结构不同 m =0, 则物质的抗磁性就突现出来了 则物质的抗磁性就突现出来了.
0
在介质均匀充满磁 场的情况下 顺磁质: 顺磁质: 抗磁质: 抗磁质: 铁磁质: 铁磁质:
定义
B µ r= B0
µr介质的相 对磁导率
B′与B0同向, 同向 B′与B0反向, 反向
B > B0 , µr > 1 B < B0 , µr < 1 B >> B0
二. 分子圆电流与分子磁矩 分子外的电子作圆周运动,形成分子电流 分子外的电子作圆周运动 形成分子电流. 形成分子电流 设核外电子运动角速度为ω 则其角动量为 P =mr2ω 运动周期为 形成分子电流 分子磁矩
第十二章 磁场中的磁介质 §12-1磁介质 磁化强度 磁介质 §12-2 磁介质中的安培环路定理 §12-3 铁磁质
§12-1 磁介质 磁化强度 一.磁介质 磁介质
磁场对处于磁场中物质的作用中叫磁化. 磁场对处于磁场中物质的作用中叫磁化 一切能够 磁化的物质称为磁介质. 磁化的物质称为磁介质 设真空中的磁场为B 介质磁化后产生的附加磁场为B 设真空中的磁场为 0, 介质磁化后产生的附加磁场为 ′ 则介质中的总磁感强度为: 则介质中的总磁感强度为 B = B + B′
四 . 磁化率
M =κ H 实验表明:对各向同性非铁磁质 实验表明 对各向同性非铁磁质 κ是无量纲的量 叫磁化率 它随磁介质的性质而异 是无量纲的量. 叫磁化率,它随磁介质的性质而异 它随磁介质的性质而异.
H= B
µ0
−M =
B
µ0
−κ H
或:
B = µ0 (1 +κ )H = µ0µr H = µH
T= 2π
P v ⊕ ⊝
eω 2 er 2 m = iSn = − π r n = − ω = − e p 2π 2me 2−Βιβλιοθήκη eω =− i= 2π Tω
i m
分子磁矩与分子角动量反向. 分子磁矩与分子角动量反向 注意:分子电流与导体中导电的传导电流是有区别的 注意 分子电流与导体中导电的传导电流是有区别的. 分子电流与导体中导电的传导电流是有区别的 分子电流只作绕核运动,它们不是自由电子 分子电流只作绕核运动 它们不是自由电子. 它们不是自由电子
三. 顺磁质 无外磁场时,固有分子磁矩 取向无规(由于热运动 由于热运动) 无外磁场时 固有分子磁矩m 取向无规 由于热运动 固有分子磁矩 介质未磁化 分子磁矩和为 ∑m = 0
有外磁场时, 各分子磁矩都要受磁力矩的作用 力图 有外磁场时 各分子磁矩都要受磁力矩的作用,力图 转向外磁场方向. 使m 转向外磁场方向 B0 ∑m ≠ 0 产生附加B 且与B 方向一致. 产生附加 ′, 且与 0 方向一致 B = B0 + B′ 故: B > B0
五. 铁磁性材料 1.金属磁性材料 金属磁性材料 回线面积小;适合做铁心 回线面积小 适合做铁心. 软磁材料: 软磁材料 µr小, Bm大,Hc小;回线面积小 适合做铁心 回线面积大;适合做永磁体 回线面积大 适合做永磁体. 硬磁材料: 硬磁材料 Br大,Hc大;回线面积大 适合做永磁体 压磁材料: 有较强磁致伸缩性能. 适合做换能器. 压磁材料 有较强磁致伸缩性能 适合做换能器 2.非金属磁性材料 铁氧体 非金属磁性材料—铁氧体 非金属磁性材料 高磁导率,高电阻率 涡流损失小.适合做记忆元件 高电阻率,涡流损失小 适合做记忆元件. 高磁导率 高电阻率 涡流损失小 适合做记忆元件
二. 磁场的安培环路定理
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由安培环路定理 B B⋅ dl = ∫A B⋅ dl = µ0 Ii ∫l
B
C
⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗ ⊗⊗⊗⊗
l
而 Ii =∑I +IS ∑ A 是导线的传导电流. ∑I是导线的传导电流 ∑I=NI 是导线的传导电流 IS是分子电流 是分子电流——宏观表现为磁化面电流 宏观表现为磁化面电流 则： ∫l B⋅ dl = µ0 ( NI + IS ) 可证明分子电流与磁化强度的关系为： 可证明分子电流与磁化强度的关系为： S I 则安培环路定理化为 进一步化为
B Bm 铁磁质 P
•N
M
•
顺磁质 抗磁质
µmax µi
O
µ
O
•
H
从图可见: H↑, B↑到M点; 从图可见 ↑ ↑ 点 H↑, B↑↑到N点; ↑ ↑↑ ↑↑到 点 最后到饱和P点 最后到饱和 点.
H
铁磁质: 铁磁质 µi →µmax → µ
磁滞回线 四.磁滞回线 磁滞 当外场H由 增加时 增加时， 当外场 由0增加时，磁介 质内B非线性增加到 非线性增加到P 质内 非线性增加到 变小时,B并不原路返回 当H变小时 并不原路返回 变小时 B － Hm r 而是沿PQP′ 变化 变化. 而是沿 当H↓= 0时,B =Br 叫剩磁 ↓ 0时 反向↑ 当H反向↑=Hc时, B =0 反向
叫磁导率. 式中 µ =µ0 µr = µ0 ( 1 + κ ) ,叫磁导率 叫磁导率
µr = 1 +κ
真空中: 真空中 κ = 0, µr= 1, M = 0, B = µ0H 顺磁质: 顺磁质 κ > 0, µr > 1 B=µ H 抗磁质: 抗磁质 κ < 0, µr < 1
为常数,非均匀介质 为点函数. 均匀介质µr 为常数 非均匀介质µr 为点函数
四.抗磁质 抗磁质 1. 物质的抗磁性 可证明:任何磁介质在外磁场 的作用下,电子轨道半径 任何磁介质在外磁场B 可证明 任何磁介质在外磁场 0的作用下 电子轨道半径 不变,而角速度要发生变化 而角速度要发生变化∆ 不变 而角速度要发生变化∆ω. 则必然引起分子附加磁矩 的存在. ∆m 的存在 而∆m 与m 类似 相当于又有一个分子电流 类似,相当于又有一个分子电流 相当于又有一个分子电流. 由∆m 产生的附加磁场 ′与与外场 0反向 产生的附加磁场B′ 与外场B 反向.
分子电流的宏观效果是在介质表面产生磁化电流。 分子电流的宏观效果是在介质表面产生磁化电流。 对顺磁质， 对顺磁质，磁化表面电 流与传导电流同向。 流与传导电流同向。 Is I 抗磁质， 抗磁质，磁化电流与 传导电流反向。 传导电流反向。
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六.磁屏蔽 磁屏蔽 用磁导率很大的软磁材料做成磁罩,使罩内空腔中 用磁导率很大的软磁材料做成磁罩 使罩内空腔中 免受外界磁场的干扰,称为磁屏蔽 称为磁屏蔽. 免受外界磁场的干扰 称为磁屏蔽
谢谢！ 谢谢！
五.磁化强度 磁化强度 定义: 定义
∑m M=
∆V
为磁介质的磁化强度
单位: 安培每米, 符号为A·m－1 单位 安培每米 符号为 物理意义: 物理意义 注意: 注意 1. ∆V 表示物体小体积微元 它在宏观上小 表示物体小体积微元,它在宏观上小 它在宏观上小, 但其中仍包含大量的磁介质分子. 但其中仍包含大量的磁介质分子 2.磁介质中各处 相同 称为均匀磁化 磁介质中各处M 相同,称为均匀磁化 称为均匀磁化. 磁介质中各处 磁介质内单位体积中分子磁矩的矢量和. 磁介质内单位体积中分子磁矩的矢量和 用来表征磁介质被磁化的程度. 用来表征磁介质被磁化的程度
§12-3 铁磁质 一. 铁磁质的一般特性 1.在外磁场的作用下产生的附加磁场 ′>>B0. 在外磁场的作用下产生的附加磁场B′ 在外磁场的作用下产生的附加磁场 2.磁导率不是恒量 一般有µ = µ(H) 磁导率不是恒量,一般有 磁导率不是恒量 3.外场撤除后 仍有剩磁存在 外场撤除后,仍有剩磁存在 外场撤除后 仍有剩磁存在. 4.居里温度 当温度超过某温度时 铁磁质变为顺磁质 居里温度:当温度超过某温度时 铁磁质变为顺磁质. 居里温度 当温度超过某温度时,铁磁质变为顺磁质 二.铁磁质的磁化机制 铁磁质的磁化机制 1.磁畴 铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域 磁畴: 磁畴 铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域.
2.磁化机制 无外场时 各磁畴排列无序 对外不显磁性 磁化机制:无外场时 各磁畴排列无序,对外不显磁性 磁化机制 无外场时,各磁畴排列无序 有外场时,各磁畴的磁矩趋于沿外磁场排列 磁化. 各磁畴的磁矩趋于沿外磁场排列—磁化 有外场时 各磁畴的磁矩趋于沿外磁场排列 磁化
三.磁化曲线 磁化曲线 对铁磁质， 随外磁场H变化而变化 即对B 变化而变化. 对铁磁质，µ 随外磁场 变化而变化 即对 = µH 关系 µ不是常量 因此 与H的关系非线性 不是常量. 因此B与 的关系非线性 的关系非线性.
B Bm Q P
•
+ Hm H
•
• Q′′
叫矫顽力,表示铁磁 Hc叫矫顽力 表示铁磁 P′ Hc 质抵抗去磁的能力. 质抵抗去磁的能力 再从－ 增加到+H 曲线为P′ ′ 当H再从－Hm增加到 m时,曲线为 ′Q′P 再从 曲线为 这样B—H曲线就形成了一个闭合曲线 称为磁滞回线 曲线就形成了一个闭合曲线,称为磁滞回线 这样 曲线就形成了一个闭合曲线 称为磁滞回线. 注意:磁滞效应是要损耗能量的 磁滞效应是要损耗能量的. 注意 磁滞效应是要损耗能量的