9磁场中的磁介质
磁场中的磁介质
磁场中的磁介质静止电荷之间存在相互作用，它是通过电场完成的。
静止电荷在它周围将激发电场，该电场对另外的静止电荷产生作用力，叫电场力。
运动电荷之间存在运动产生的相互作用，它是通过磁场完成的。
运动电荷在它周围将激发磁场，该磁场对另外的静止电荷不产生作用力，而对另外的运动电荷将产生作用力，叫磁场力。
磁场用磁感应强度和磁场强度描写，它们也都是空间位置的函数。
电荷在导体中作恒定流动(恒定电流)时在它周围所激发的磁场不随时间而变化，是一个恒定场，叫恒定磁场。
一．三类磁介质磁介质中的磁感应强度：磁介质中的磁感应强度是外加磁感应强度0B与磁介质的附加磁感应强度B ' 之和B B B '+= 01.顺磁质：使0B B >的磁介质叫顺磁质，顺磁质激发的附加磁感应强度B '与加磁感应强度0B 的方向基本一致：锰、铬、铂、氮等。
2.抗磁质：使0B B <的磁介质叫抗磁质，抗磁质激发的附加磁感应强度B ' 与加磁感应强度0B 的方向基本相反：水银、铜、铋、氯、氢、银、金、锌、铅等。
3.铁磁质：使0B B >>的磁介质叫铁磁质，铁磁质激发的附加磁感应强度B '与加磁感应强度0B 的方向基本一致且大于0B ：铁、镍、钴二.弱磁性物质的磁化1. 顺磁质的磁化顺磁质的分子电流的分子磁矩0≠m p； 由于抗磁质分子电流的分子磁矩0≠m p ，它在有外磁场0B 中时，不但产生附加进动磁矩1m p ∆，也产生附加取向磁矩2m p ∆，并且一般附加取向磁矩2m p∆比附加进动磁矩1m p ∆大，因此体积V ∆中的分子磁矩∑m p 之和与外磁场0B反向，磁化表现为抗磁特性： ∑∑∑∆+∆=∑21m m m p p p 与外磁场0B 同向等2. 抗磁质的磁化抗磁质的分子电流的分子磁矩0=m p 。
由于抗磁质分子电流的分子磁矩0=m p ，它在有外磁场0B 中时，只产生附加进动磁矩1m p ∆，不产生附加取向磁矩2m p ∆，因此体积V ∆中的分子磁矩∑m p 之和与外磁场0B 反向，磁化表现为抗磁特性：∑∑∆=∑1m m p p 与外磁场0B 反向 三.磁介质中的安培环路定理，磁场强度3. 磁介质中的安培环路定理4. 磁化电流对安培环路定理的影响：()()S d J J I I l d B Sl ⋅'+='+=⋅⎰⎰∑⎰00μμM J ⨯∇=' ()⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⋅⨯∇+⋅=⋅⨯∇+=⋅S S S l Sd M S d J S d M J l d B 000μμμ ⎰⎰⎰⋅=⋅⨯∇lS l d M S d M ⎰⎰⎰⎰⋅+⋅=⋅lS l l d M S d J l d B 00μμ ⎰⎰⎰⎰⋅=⋅-⋅S l l S d J l d M l d B 00μμ()⎰⎰⎰⋅=⋅-S l Sd J l d M B 00μμ∑⎰⎰⎰=⋅=⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-I S d J l d M B S l 0μ磁场强度：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=M B H 0μ单位：A/m磁介质中的安培环路定理∑⎰⎰⎰=⋅=⋅I S d J l d H Sl四.铁磁质铁磁质的特点铁磁质应用最广泛B '特别强，使得00B B B B >>'+=，32010~10==B B r μ； M 与B 不一定平行，μ，m χ不是常数，是H 的函数-非线性；M 滞后0B (H )的变化，当外场回零（0=H ）时0≠M存在一个居里点温度，当温度高于居里点，为顺磁质，温度低居里点才是铁磁质。
9-磁介质 大学物理
当线圈中通入电流后，在磁化场的力矩作用下， 当线圈中通入电流后，在磁化场的力矩作用下，各分子环 流的磁矩在一定程度上沿着场的方向排列起来，此时， 流的磁矩在一定程度上沿着场的方向排列起来，此时，软 铁棒被磁化了。 铁棒被磁化了。
对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消， 对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消， 而在介质表面，各分子电流相互叠加， 而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出 磁化面电流（ 现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流 现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流（或安 培表面电流） 培表面电流）。
(2)电子自旋磁矩 (2)电子自旋磁矩 实验证明： 实验证明：电子有自旋磁矩
ps = 0.927×10-23 A⋅m2 0.927×
(3)分子磁矩 (3)分子磁矩 分子磁矩是分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩 与所有核磁矩的矢量和。 与所有核磁矩的矢量和。 三.顺磁质与抗磁质的磁化 顺磁质与抗磁质的磁化 1、顺磁质及其磁化（如铝、 1、顺磁质及其磁化（如铝、铂、氧) 分 子 磁 矩 分子的固有磁矩不为零 pm ≠ 0 无外磁场作用时， 无外磁场作用时，由 于分子的热运动， 于分子的热运动，分 子磁矩取向各不相同, 子磁矩取向各不相同 整个介质不显磁性。 整个介质不显磁性。
B0
I0 Is
Is——磁化电流 磁化电流 js——沿轴线单位长度上的磁 沿轴线单位长度上的磁 化电流（磁化面电流密度） 化电流（磁化面电流密度）
3、磁化强度和磁化电流密度之间的关系： 磁化强度和磁化电流密度之间的关系：
以长直螺线管中的圆柱形磁介质来说明它们的关系。 以长直螺线管中的圆柱形磁介质来说明它们的关系。
磁场中的磁介质
磁场中磁介质
磁介质的分类
顺磁性介质
抗磁性介质
铁磁性介质
反铁磁性介质
在磁场中容易被磁化的 物质，如铝、铂等。
在磁场中不容易被磁化 的物质，如铜、金等。
在磁场中极易被磁化的 物质，如铁、钴、镍等。
在磁场中具有反铁磁性 的物质，如锰、铬等。
02
磁场对磁介质的影响
磁场对磁介质的作用
磁化现象
磁场对磁介质产生作用，使其内 部磁矩定向排列，形成磁化现象。
剩余磁化强度
当磁场去除后，磁介质仍会保留一部分磁化强度， 称为剩余磁化强度。
磁介质的磁导率
相对磁导率
描述磁介质在磁场中的导磁能力与真空导磁能 力的比值。
最大磁导率
在一定磁场强度下，磁介质的磁导率达到最大 值。
温度系数
表示磁导率随温度变化的系数，某些材料的温度系数较大，对温度变化较为敏 感。
03
磁介质的性质与特点
磁滞现象
磁介质在磁化过程中会出现滞后现 象，即当磁场反向时，磁介质的磁 化强度不会立即消失，而是逐渐减 小。
磁损耗
在交变磁场中，磁介质会因为磁滞 现象和涡流效应产生能量损耗。
磁介质的磁化过程
起始磁化
磁介质在磁场中开始被磁化的过程，起始磁化曲 线通常是非线性的。
磁饱和
随着磁场强度的增加，磁介质的磁化强度逐渐达 到饱和状态，此时磁导率不再变化。
3
磁滞损耗
由于磁滞现象产生的能量损耗，通常表现为热量。
磁介质的损耗特性
介电损耗
01
由于电场作用在磁介质上产生的能量损耗，通常表现为热量。
涡流损耗
02
由于磁场变化产生的涡旋电流在磁介质中产生的能量损耗，通
常表现为热量。
磁场中的磁介质
2 . 磁化曲线（ H—B曲线）
（1）弱磁质（顺磁质、 （2）铁磁质， r 是变量。
抗磁质）， r 为常量。
B H—B曲线斜率： tg 0 r H
Bm是饱和磁感应强度
3. 铁磁向顺磁质的转化 当温度达到一定时，铁磁质转变为顺磁质。 这一温度被称为“居里点”。
二、铁磁质的磁化过程与磁滞回线
dt
B
pm
L
p m M
L
进动附加的进动角动量 L 是与 B0 的方向一致的。与这一进
动相应的磁矩 p m ，称感应磁矩，它是 B0 与反向的。 反向磁矩对应的磁场使介质内 B B B B 0 0 部磁场减弱。 虽然顺磁质分子也会产生感应磁矩,但由于它远小于 固有磁矩（相差五个数量级）,所以顺磁质中主要是固有 磁矩起作用。
B0
I
I
B
I
I
B r B0
r ……该磁介质的相对磁导率
磁介质的分类
铝
2 磁介质磁化的微观机制 分子磁矩 分子是一个复杂的带电系统。原子 Pm 中电子参与两种运动：自旋及绕核 i 的轨道运动，对应有轨道磁矩和自 旋磁矩。一个分子对应一个等效电 S 流i , 相应有一个 分子等效磁矩。 pm 是各个的电子轨道磁矩、电子 p m is 自旋磁矩、原子核磁矩的总和。 分子电流所对应的磁矩在外磁场中的行为决定介质 的特性。
顺磁质 : B B0 B B0
抗磁质 : B B0 B B0
磁化电流
' B B0 B
2. 磁化强度与磁化电流
（1）磁化强度
Σpm
M=
Σ pm +Σ Δ pm
大学物理恒定磁场中的磁介质解读
Br
Hc
b
f o Hc
a
c e
H
Br
d
铁磁质中μ 随H 的变化曲线
磁滞回线
二、铁磁质的分类 铁 磁 质 矩磁材料 1）软磁材料 —— 磁滞回线窄、矫顽力小的材料。 软磁材料 硬磁材料
如电工纯铁、硅钢片，铁氧体等。广泛应用于变压器，互 感器，接触器，继电器等的铁心。
2）硬磁材料 —— 磁滞回线宽、矫顽力大的材料。
第十四章 恒定磁场中的磁介质
本章的主要内容
1、磁介质磁化及其微观本质。
2、磁场强度 H及磁介质中的安培环路定理。
3、铁磁质的主要特性及其应用。
§14.1 磁介质的磁化
一、分子电流 磁化强度 1、磁介质: 在磁场的作用下性质发生变化并影响原磁场分布 的物质。 轨道磁矩 磁效应 分子 电子 等效圆电流 总和 自旋磁矩
O
R
r
§14.3 铁磁质
一、铁磁质的磁化规律 铁磁质是磁化性能很强，是性能特异，用途广泛的磁介质。 主要有∶铁、钴、镍等金属和它们的某些化合物。 铁磁质的磁化规律可用实验方法研究。
如图将铁磁质做成环状，外部绕以线圈，通入电流， 铁磁质被磁化，副线圈接冲击电流计，可测环中的磁感应 强度。
磁场强度为： H
m 0 r 1
m 1
m , r 不是常数,
用于制造永磁铁、磁电式仪表，电声换能元件，永磁电机， 指南针等。
3）矩磁材料 —— 剩磁大的软磁材料。 可用作记忆元件，控制元件，开关元件。
三、磁畴 近代科学实验证明，铁磁质的磁性主要来源于电子自旋磁 矩。在无外磁场的时，铁磁质中电子自旋磁矩可以在小范围内 “自发地”排列起来，形成一个个小的“自发磁化区” — 磁 畴。 自发磁化的原因是由于 相邻原子中电子之间存在 着一种交换作用（一种量 子效应），使电子的磁矩 平行排列起来而达到自发 磁化的饱和状态 当存在外磁场时， 在外场的作用下磁畴的 取向与外磁场一致，显 现一定的磁性。
磁学中的磁介质和磁场强度关系探究
磁学中的磁介质和磁场强度关系探究磁学是物理学中的一个重要分支，研究磁场和磁性物质之间的相互作用。
在磁学中，磁介质是一个关键概念，它指的是能够被磁场所影响的物质。
磁介质的性质对于磁场的强度有着重要影响，本文将探究磁介质和磁场强度之间的关系。
首先，我们需要了解磁介质的基本特性。
磁介质是一种具有磁性的物质，但它们的磁性相对于磁体来说较弱。
磁介质可以被外加磁场所磁化，但在去除外加磁场后，它们的磁性会逐渐减弱并最终消失。
常见的磁介质包括铁、镍、钴等金属，以及铁氧体、铁氧体陶瓷等。
磁介质的磁化过程是一个重要的研究对象。
当一个磁介质置于外加磁场中时，磁介质内部的磁性微观结构会发生变化，从而导致磁介质本身具有磁性。
这个过程可以用磁化强度来描述，磁化强度是磁介质单位体积内磁矩的总和。
磁化强度的大小与磁介质的性质以及外加磁场的强度有关。
磁介质与磁场之间的关系可以通过磁化曲线来描述。
磁化曲线是磁介质在外加磁场下磁化强度与外加磁场强度之间的关系曲线。
在磁化曲线中，通常存在一个饱和磁化强度，当外加磁场强度达到一定值时，磁介质的磁化强度不再增加，达到饱和状态。
这是因为在饱和状态下，磁介质的磁矩已经被外加磁场完全定向，无法再进一步增加。
除了饱和磁化强度外，磁化曲线还可以反映磁介质的剩余磁化强度和矫顽力。
剩余磁化强度是指在去除外加磁场后，磁介质仍然保持的磁化强度。
矫顽力是指在去除外加磁场后，需要施加的反向磁场强度才能完全消除磁介质的磁化强度。
这些参数可以用于研究磁介质的磁性稳定性和响应特性。
磁介质与磁场强度之间的关系还可以通过磁化率来描述。
磁化率是磁介质磁化强度与外加磁场强度之间的比值。
磁化率反映了磁介质对外加磁场的响应程度，是研究磁介质磁性特性的重要参数。
磁化率的大小与磁介质的性质密切相关，不同类型的磁介质具有不同的磁化率。
在实际应用中，磁介质和磁场强度之间的关系对于磁性材料的选择和设计具有重要意义。
例如，在电磁感应中，磁介质可以增强磁场的强度，提高感应电动势的大小。
第9章 磁场中的磁介质
v v ∫L H • dl = ∑ I0
r
2π rH = 2π rnI
H = nI
§3 铁磁质
铁、钴、镍、镝等物质 测量磁滞回线的实验装置
电流表 A 测量H 测量
换 向 开 关
测量B 测量 的探头 霍尔元件） （霍尔元件）
铁环 狭缝
0 5 10 15 20
磁强计
电阻
螺绕环
1 磁化曲线
B, µr
C B A O
r
I
µr
P
µr
I
dБайду номын сангаас
I
G
d
I
R
R
r
r
解 对称性分析
r <d < R
2π dH = I
I H= 2π d
B = µH =
d>R
v v ∫ H ⋅ dl =I −I =0
l
2π dH = 0 , H = 0 B = µH = 0
同理可求
µ0µr I
2π d
d < r, B = 0
在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质， 例2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知 螺绕环中的传导电流为 I ，单位长度内匝数 n ，环的横 截面半径比环的平均半径小得多， 截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率 和磁导率分别为 µr 和µ 。求环内的磁场强度和磁感应 强度。 强度。
第9（14）章 磁场中的磁介质
无限长” 例1 有两个半径分别为 R 和 的“无限长”同轴 µ 的磁 圆筒形导体 形导体， 圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为r 介质.当两圆筒通有相反方向的电流 I 介质 当两圆筒通有相反方向的电流 时， 的磁感应强度的大小; 求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的大小 ） 的磁感应强度. （2）圆柱体外面一点 Q 的磁感应强度 ）
磁介质
B~H r ~ H
16:58
H 23
3、磁滞回线
饱和磁感应强度 剩 磁
B
BS . Br . b
f . HC
a
初始磁 化曲线
矫顽力
HS
.
HC . c O
.
HS
磁滞回线
H
e . Br
d
16:58
BS
24
①磁化过程不可逆 磁滞回线--不可逆过程 H c B的变化落后于H，从而具有 剩磁，即磁滞效应。
Hc
B
Hc
H ②
r 大，易磁化，也易退磁
用途：适用于交变磁场中 电子设备中的各种电感元件、变压器、 镇流器，电动机和发电机中的铁芯等。 继电器、电磁铁的铁芯也用软磁材料。
16:58
纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。
30
2、硬磁材料——作永久磁铁
B
Hc
矫顽力(Hc)大（>102A/m)，剩磁Br大 H c 磁滞回线的面积大，损耗大。
例1 一环形螺线管，管内充满磁导率为μ，相对磁导 率为μr的顺磁质。环的横截面半径远小于环的半径。 单位长度上的导线匝数为n。
求：环内的磁场强度和磁感应强度
解： H dl H 2r NI L
NI H nI 2r
r
O
B H 0 r H
16:58 13
SB dS 0 LH dl I 0 B H
21
12-3 铁磁质
一、铁磁质的磁化规律 1、铁磁质的特性 （1）能产生特别强的附加磁场 B ,使磁介质中的 B （2）铁磁质的磁导率 不是常量，B 与 H 不是线 性关系 （3） 磁化强度随外磁场而变，其变化落后于外磁 场的变化，而且在外磁场停止作用后，仍保 留部分磁性 （4）一定的铁磁材料存在一特定的临界温度—居 里点，当温度超过居里点时，铁磁质转变为 16:58 22 顺磁质。 远大于 B0 ,其 r B 值可达几百、甚至几千以上 0
磁场中的磁介质
L
B
0r
dl
I 0 int
引入磁场强度矢量：H B B
0r
H L
dl
I 0,int
辅助物理量
H 的环路定理：沿任一闭合路径磁场强度的环路积 分等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和。
在无磁介质的情况下，r 1，
B L
dl
0
I i nt
2. 利用 H 环路定理分析有磁介质存在的磁场分布 步骤：
0 NIS
4.78103
目的： H 的环路定理的应用计算
例3
I
I r
L
分析：磁场分布具有轴对称性。
选回路：在垂直于电缆轴的平面内作 一圆心在轴上、半径为 r 的圆周 L， 方向为逆时针。 由 H 的环路定理可得：
LH dl H Ldl 2 rH I
H I
2r
H I
2r
磁介质中的磁感应强度为：
的变化落后于 H 的变化的现象，叫做磁滞现象，简称
磁滞。
由于磁滞，当磁场强度减
小到零（即 H 0 ）时， 磁感强度 B 0，而是仍有 一定的数值 Br ，Br叫做剩
余磁感应强度（剩磁）。
退磁过程
Br
起始磁
化曲线
磁滞回线
要消除剩磁，使铁磁质中 的 B 恢复为零，这时的 反向磁场强度 Hc 称为矫 顽力。
(1) 由已知的自由电流的分布，由 H 环路定理求解出
H 的分布；
(2) 利用 H B B 求出 B 的分布。
(3) 利用
M
0r
r1
B
B H
求出磁介质的M；
0r
0
(4) 利用 j M en 求出面束缚电流的分布。
注意：H、B、M 方向相同。
大学物理习题答案磁场中的磁介质
大学物理练习题十一、选择题1. 如图，流出纸面的电流为2I ，流进纸面的电流为I ，则下述各式哪一个是正确的？（A ）⎰=⋅12L I l d H ϖϖ正确应为:―2I （B ）⎰=⋅2L I l d H ϖϖ正确应为:―I （C ）⎰-=⋅3L Il d H ϖϖ 正确应为: +I（D ）⎰-=⋅4L Il d H ϖϖ [ D ]2. 磁介质有三种，用相对磁导率r μ表征它们各自的特性时， （A ）顺磁质>r μ0，抗磁质<r μ0，铁磁质1>>r μ。
（B ）顺磁质>r μ1，抗磁质1=r μ，铁磁质1>>r μ。
（C ）顺磁质>rμ1，抗磁质<r μ1，铁磁质1>>r μ。
（D ）顺磁质>r μ0，抗磁质<r μ0，铁磁质>r μ1。
[ C ]3. 用细导线均匀密绕成的长为l 、半径为a (l >>a)、总匝数为N 的螺线管中，通以稳恒电流I ，当管内充满相对磁导率为r μ的均匀介质后，管中任意一点的[ D ](A) 磁感应强度大小为NI B r μμ0=。
(B) 磁感应强度大小为l NI B r /μ=。
(C) 磁场强度大小为l NI H /0μ=。
(D) 磁场强度大小为l NI H/=。
解：在管内磁介质中⎰⎰===⋅LNI Hl Hd d H λλϖϖ4. 关于稳恒磁场的磁场强度H ϖ的下列几种说法哪个是正确的？（A ）H ϖ仅与传导电流有关。
（B ）若闭合曲线内没有包围传导电流，则曲线上各点的H ϖ必为零。
（C ）若闭合曲线上各点H ϖ均为零，则该曲线所包围传导电流的代数和为零。
（D ）以闭合曲线L 为边缘的任意曲面的H ϖ通量均相等。
[ C ]解：（A ）B ϖ与传导电流有关，而M ϖ与磁化电流有关。
因此，由M /B H 0ϖϖϖ-μ=可知，H ϖ不只是跟传导电流有关。
（B ）只能说明环路积分为零。
西北工业大学《大学物理上》课件-第十一章磁场中的磁介质
Chapter 11. 磁场中的磁介质 §11. 3 铁磁质及其磁化特性
例 试判断下列起始磁化曲线所对应的磁介质类型。
a ：铁磁质； b ：顺磁质 ( μ >μ0 )； c ：抗磁质 ( μ <μ0 )；
·27 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质 §11. 3 铁磁质及其磁化特性
一、物质的分子磁矩
1. 电子的轨道磁矩： 等效成圆电流：
§11. 1 磁介质 磁化强度
2. 电子自旋磁矩： 3. 核自旋磁矩： 分子磁矩 ＝电子轨道磁矩+电子自旋磁矩+核自旋磁矩
·3 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
二、顺磁质与抗磁质
§11. 1 磁介质 磁化强度
1. 顺磁质： 分子磁矩≠0 (亦称分子的固有磁矩)
·12 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
§11. 1 磁介质 磁化强度
1. 磁介质： 顺磁质：介质内B > B0 ； 抗磁质：介质内B < B0 ；
2. 磁化强度：
3. M与磁化电流的关系：
( The end )·13 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
§11. 2 磁介质中的安培环路定理
§11. 1 磁介质 磁化强度
js : 面磁化电流的线密度。 一般地有如下关系：
: 磁介质表面外法线单位 矢量。
·11 ·
Chapter 11. 磁场中的磁介质
§11. 1 磁介质 磁化强度
试判断 : 顺磁质中的磁化电流方向。
分析： 顺磁质
与 同向。
即：磁化电流 内侧：向上 外侧：向下
( 俯视图 )
抗磁质
氢 铜 铋 汞×10 - 5 －3.2×10 - 5
大学物理课件-第12章磁场中的磁介质及磁场总结
单位：牛顿·米
5.电荷垂直于磁场作圆周运动的轨道半径
R
mv qB
6. 周期
T
2m
qB
7.螺距h ：电荷以任意角度进入磁场 作螺旋线运动
h 2mv cos
qB
8.霍尔电压
VH
RH
IB d
霍尔系数
RH
1 nq
1.毕奥--萨伐尔定律
电流元的磁场
dB
0 4
I
dl r r3
运动电荷的磁场
B
0 4
qv r r3
（A）相同 （B）不相同 （C）不确定
答案：[ A ]
B 0nI
练习2 通有电流 I 的单匝环型线圈，将其
弯成 N = 2 的两匝环型线圈，导线长度 和电流不变，问：线圈中心 o 点的磁感 应强度 B 和磁矩 pm是原来的多少倍？
（A）4倍，1/4倍
（B）4倍，1/2倍
（C）2倍，1/4倍 （D）2倍，1/2倍
• 能产生非常强的附加磁场B´，甚至是外磁场
的千百倍，而且与外场同方向。 • 磁滞现象，B 的变化落后于H 的变化。
• B 和H 呈非线性关系， 不是一个恒量。 • 高 值。
铁磁质的分类：
磁滞回线细而窄，矫顽 力小。
磁滞损耗小，容易磁 化，容易退磁，适用 于交变磁场。如制造 电机，变压器等的铁 芯。
第12章 磁场中的磁介质 12.1 磁介质对磁场的影响 12.2 原子的磁矩 12.3 磁介质的磁化 12.4 H的环路定理 12.5 铁磁质
12.1-12.3 磁介质及其分类 一、磁介质
物质的磁性
当一块介质放在外磁场中将会与磁场 发生相互作用，产生一种所谓的“磁化” 现象，介质中出现附加磁场。我们把这种 在磁场作用下磁性发生变化的介质称为 “磁介质”。
磁场中的磁场强度与磁介质的磁化
磁场中的磁场强度与磁介质的磁化在磁学领域中，磁场强度和磁介质的磁化是两个重要的概念。
本文将详细探讨这两个概念之间的关系，并解释它们对磁场行为的影响。
磁场强度是磁场的一种度量，表示了磁场的力度或者强弱。
磁场强度的单位通常用特斯拉（T）来表示。
在磁学中，磁场强度的符号常用字母H表示。
磁场强度主要与电流密度和磁化强度有关。
磁介质是指具有磁化性质的物质，它们对磁场有一定的响应能力。
磁介质可以增强或者削弱磁场的强度，从而影响磁场的性质。
磁介质可以分为铁磁性、顺磁性和抗磁性等不同类型。
当一个磁介质处于磁场中时，它的微观磁矩会重新排列，形成一个新的磁场。
这个新的磁场在原有磁场的基础上增强了磁场的强度。
这种增强效应可以通过磁化强度来描述。
磁化强度的单位通常用安培/米（A/m）来表示。
磁化强度的符号常用字母M表示。
磁场强度和磁化强度之间存在着一定的关系。
根据安培环路定理，磁场强度和磁化强度之间的关系可以表示为H = (B - M) / μ0，其中B是磁感应强度，μ0是真空磁导率。
这个关系表明，磁场强度与磁化强度之间存在着一个线性关系。
当磁介质完全没有磁化时，磁场强度与磁感应强度相等，即H = B / μ0。
这种情况下，磁介质对磁场没有任何影响。
但是，当磁介质开始磁化时，磁化强度会引起磁场强度的增加，磁感应强度也会相应增加。
因此，磁场强度与磁感应强度之间的关系不再是简单的一一对应关系。
在实际应用中，磁介质的磁化强度和磁场强度的关系是十分重要的。
磁介质的磁化强度和磁场强度的变化会导致磁场性质的改变。
比如，当磁介质的磁化强度达到一定程度时，它会表现出类似于磁铁的性质，即具有磁性。
这种特性可以应用在电磁设备、传感器和存储器等领域。
此外，磁介质的磁化特性还与外部磁场的频率有关。
在低频磁场中，磁化强度与磁场强度之间的关系较为简单。
但是在高频磁场中，磁介质的磁化强度对磁场的影响会受到其他因素的影响，比如磁介质的磁滞损耗和涡流损耗等。
一、磁介质对磁场的影响二、原子的磁矩三、磁介质的磁化四
第9 章磁场中的磁介质一、磁介质对磁场的影响二、原子的磁矩三、磁介质的磁化四、H 的环路定理五、铁磁质六、简单磁路空气介质I 不变一、磁介质对磁场的影响几种磁介质的相对磁导率B SNS NP mi抗磁质v三、磁介质的磁化顺磁质的束缚电流的方向与磁介质中外磁场的方向有右手螺旋关系，它产生的磁场要加强磁介质中的磁场。
抗磁质的束缚电流的方向则相反，它产生的磁场要减弱磁介质中的磁场。
抗磁质三、磁介质的磁化若单位体积内的分子数为n ，则与套连的总分子电流为r dr()idranI dθπcos2⋅⋅=′r dMrr⋅=θcos⋅⋅=drmnθcos⋅⋅=drMr dMI drr⋅=′ne r rd r磁介质内部′rr例在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I n例在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为I n例μ≈μ）中均匀地通有电流I，在它外面有半径为R的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为2r πr rIr可由冲击电流计测得。
BHμrHHB B r-B r H c-H cHa bcd ef五、铁磁质铁磁质不同，磁滞回线的形状不同，剩磁Br和矫顽力Hc不同。
¾软磁材料：纯铁、硅钢、坡莫合金（含铁、镍），Hc小，做变压器和电磁铁的铁心。
软磁质硬磁质¾硬磁材料：碳钢、钨钢、铝镍钴合金（含铁、铝、镍、钴、铜），Hc大，做永磁体。
BB rH五、铁磁质实验表明，把铁磁材料放到周期性变化的磁场中被反复磁化时，它要变热。
¾单位体积的铁磁质反复磁化一次所发出的热和这种材料的磁滞回线所围的面积成正比。
¾变压器、电磁铁磁滞损耗或铁损软磁材料作铁心五、铁磁质铁电体钛酸钡（BaTiO 3）、铌酸钠（NaNbO 3）等电解质具有类似铁磁性的电性。
¾εr 很大102∼104 ，随外电场改变；¾电极化过程也有电滞现象¾铁电现象有温度范围钛酸钡的居里点为125°¾电畴H B 0μ=图示为三种不同的磁介质的B－H关系曲线，其中虚线表示的是的关系。
磁场中的磁介质教案
磁场中的磁介质教案第一章：磁场的基础知识1.1 磁场的定义与特性介绍磁场的概念，解释磁场的强度、方向和分布。
讨论磁场的单位，导入磁通量、磁感应强度的概念。
1.2 磁极与磁性介绍磁极的分类，解释磁性材料的性质。
讨论磁性材料的磁化、去磁和剩磁的概念。
第二章：磁介质的基本概念2.1 磁介质的定义与分类介绍磁介质的定义，解释磁介质的分类及特点。
讨论磁介质的微观结构，引入磁畴和磁介质的行为。
2.2 磁介质的磁化介绍磁介质的磁化现象，解释磁化强度的概念。
讨论磁介质的磁化曲线和磁化率，引入相对磁导率和绝对磁导率的概念。
第三章：磁场中的磁介质3.1 磁场对磁介质的影响介绍磁场对磁介质磁化的影响，解释磁场强度与磁介质磁化强度之间的关系。
讨论磁场对磁介质磁化方向的影响，引入磁介质的各向异性。
3.2 磁介质在磁场中的响应介绍磁介质在磁场中的响应，解释磁介质感应电流的产生。
讨论磁介质的磁化强度与感应电流之间的关系，引入磁介质的磁响应特性。
第四章：磁介质的磁化过程4.1 磁介质的磁化机制介绍磁介质的磁化机制，解释磁畴的排列和变化。
讨论磁介质磁化的热力学原理，引入自由能和磁化能量的概念。
4.2 磁介质的磁化过程介绍磁介质的磁化过程，解释磁介质在外磁场作用下的磁化行为。
讨论磁介质的磁化过程的动态特性，引入磁化率和磁响应时间的概念。
第五章：磁介质的应用5.1 磁介质的存储性质介绍磁介质的存储性质，解释磁记录的原理。
讨论磁盘、磁带等存储介质的特点和应用。
5.2 磁介质的传感器应用介绍磁介质的传感器应用，解释磁传感器的工作原理。
讨论磁传感器在汽车、电子等领域的应用和前景。
第六章：磁介质的物理性质6.1 磁导率与磁介质类型深入探讨磁导率的定义和计算方法。
介绍不同类型磁介质的磁导率特性，如顺磁性、抗磁性和铁磁性材料。
6.2 磁驰豫与磁介质稳定性解释磁驰豫现象及其对磁介质稳定性的影响。
探讨不同磁介质材料的磁驰豫机制，如自旋反转和电子交换过程。
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第九章 磁场中的磁介质（magnetic medium in magnetic field ）§1 磁介质对磁场的影响在磁场作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质。
事实上，在磁场中的实物物质都是磁介质。
回顾：在充电的平行板电容器的均匀电场中放一块与极板绝缘的导体,导体内的场强削弱为零。
若放一块电介质, 电介质内的场强也有一定程度的削弱。
II现在：在一个通电流I 的长直螺线管中有一个均匀磁场0B,将磁介质充满该磁场（保持电流不变）。
实验发现:不同磁介质中的磁场不同，有的比B 0略小,有的比B 0略大，有的比B 0大许多倍。
0B B r 内r ……该磁介质的相对磁导率（1）抗磁质 r 略<1 （铜,银,氢等） （2）顺磁质 r 略>1 （铝,锰,氧等） （3）铁磁质 r >> 1 （铁,钴,镍等）In I n B B r r 00内式中r 0 ……磁介质的磁导率（permeability ）§2 磁介质的磁化在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化的现象称为磁化。
分子是一个复杂的带电 系统。
一个分子有一个等 效电流i , 相应有一个 分子等效磁矩s i p mm p是各个的电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核磁矩的总和。
一. 顺磁质顺磁质的分子等效磁矩m p≠0，称为分子固有磁矩。
一般由于分子的热运动, m p完全是混乱的,但是在外磁场中mp会发生转向, 这就是i顺磁质的“磁化”。
外磁场越强,转向排列越整齐。
如图所示,顺磁质内部的磁场是被加强的,而且顺磁质会被磁铁吸引。
二. 抗磁质抗磁质的分子固有磁矩m p=0。
但是在外磁场中会产生分子感应磁矩。
以分子中某个电子的轨道运动为例（分子固有磁矩为零,分子中某个电子的轨道磁矩P ’mL *LBP m-e -eNS BP miSN不见得为零）,电子的轨道运动角动量L与轨道磁矩m p如图所示,该磁矩在外磁场中要受力矩M ,B p M m所以L d 的方向即M 的方向，L要发生进动（俯视为逆时针方向进动）。
进动附加的进动角动量L *是与B的方向一致的。
与这一进动相应的磁矩，称感应磁矩m p，它是与B 反向的。
这是以分子中某个电子的轨道运动为例，总的来说，一个抗磁质分子在外磁场中会产生一个与外磁场反方向的分子感应磁矩。
t L M d d抗磁质中，与分子感应磁矩相应的分子感应电流i 的方向如图所示。
这就是抗磁质的磁化。
因此,在抗磁质内部的磁场是被削弱的, 而且抗磁质会被磁铁排斥。
虽然顺磁质分子也会产生感应磁矩,但由于它远小于固有磁矩,所以顺磁质中主要是固有磁矩起作用。
三.磁化电流与磁化强度以及它们的关系1. 磁化电流顺磁质在磁场中,它的分子固有磁矩沿外p miNNSSB磁场排列起来,如图所示。
对均匀的顺磁介质，内部各点处的小分子电流会相互抵消（以后严格证明）；表面上的小分子电流没有抵消，它们方向相同，相当在表面上有一层表面电流。
这种未被抵消的表面电流称为磁化电流（或束缚电流）,记作I ’。
顺磁质的磁化电流产生的磁场是加强磁介质内部原磁场的。
抗磁质的磁化电流产生的磁场是削弱磁介质内部原磁场的。
磁化电流的大小反映了磁化的强弱。
BP mI ’2. 磁化强度磁化的强弱还可以用磁化强度来描述。
定义:磁化强度V p M i miV 宏观小、微观大。
实验表明:在各向同性的顺磁质、抗磁质内,有对顺磁质:M 平行于B 。
对抗磁质:M反平行于B 。
3. 磁化电流与磁化强度的关系以顺磁质为例，设其内部p 点处的B 、M如下图所示。
等效分子电流为i ,半径为r ,分子磁矩为m p ,任取一微小矢量元l d ,它与B的夹角为，则与ld 套住的分子电流的中心都是位于以ld 为轴、以 r 2为底面积的小柱体内。
若单位体积内的分子数为n ，则与ld 套连的总分子电流为lM l M l p n i l r n I d m d cos d cos d cos d 2l M Id dMBdlP mP mPi r 2这就是磁介质上任一点处的磁化电流I d与该点处磁化强度M之间的关系。
在磁介质内部任取一面积S ,其周界为L ，则通过S 面的磁化电流为 LLl M I Id d 内若磁介质被均匀磁化,有0d Ll M I内即通过均匀磁化的磁介质内部任意面积的磁化电流为零。
Mdl BMidlS dI ’在磁介质表面若ld 选在磁介质的表面上（见上图）,可以看出表面会有磁化面电流。
定义:垂直磁化面电流方向的单位长度上的磁化面电流,称为磁化面电流密度。
l I j d d它与磁化强度的关系为lM M ll M l I jcos d cos d d d 表表在如图磁介质的侧面上，表M与磁介质的表面平行, =0,有 表M jM通常用 n ˆM j 表表示二者的矢量关系。
在上图磁介质的左右端面上, 表M垂直表面,所以端面上无磁化面电流。
§3 H的环路定理磁场中有磁介质存在的时候如何求?B设 传导电流 ;00B I束缚电流 ;B IB B B基本规律应是对总B:高斯定律sS B 0d安培环路定理L I I l B ）内内00(d困难：求 B M I B内？？？办法：引入辅助量 磁场强度H。
LL Ll M I l B I I l Bd d (d 0000内内内）内00d I l M BL定义:磁场强度有H的环路定理磁场中沿任一闭合路径的磁场强度的环流,等于该闭合路径所套连的传导电流的代数和。
当无磁介质时,上式就过渡到真空时的安培环路定理。
对各向同性的磁介质B B B B M B H r r r 00001H B磁介质的性能方程 （点点对应）若传导电流的分布有对称性,就可以利用H 的环路定理，由传导电流求出H,然后再得到磁感应强度B。
磁化强度与磁场强度的关系：HH H B M m r rr rr 11100m 称为磁化率例1. 证明：各向同性均匀磁介质内，无传 导电流处，也无磁化电流。
【证】磁介质中任取一小面元,其周界闭合 回路L 所套联的磁化电流 I 为：内o m Lm LLm I lH lH l M Id d d00 I I o ，则若内。
例2. 一均匀密绕细螺绕环, n = 103 匝/米,I =2安, 充满 = 5 10 - 4特·米/安 的磁介质。
求:磁介质内的M ,B ,H及表面磁化电流面密度j。
【解】此磁介质是顺磁质？抗磁质？铁磁质？39810410574r此磁介质是铁磁质。
取环路L 如图所示，在L 上各点的M ,B ,H都沿L 的方向，L 上H的大小相等。
设总匝数为N ，有NIr H l H L2dnI rNI H 2 nI H B（与无限长螺线管内的B 相同）B MLrIn301032139811 nIB M r rrm /A .510947 m /A .M j 510947 表（方向如上图所示）。
铁磁质上的磁化面电流密度的方向与传导电流的方向是一样的。
讨论如果设想把这些磁化面电流也分成 每米103匝,相当于每匝多大电流？A m/m/A .n j 794101094735 （>>2A ）正因为如此, 所以铁磁质的B >>B 0。
铁磁质作铁心可以大大加强磁场补充:磁场的界面关系 利用 磁场的高斯定律 sS B 0d磁场的环路定理LI l H 内0d磁介质的性能方程 H B在界面上无传导电流的条件下， 可以得到(方法同电磁场的界面关系) ：t t nn H H B B 21212211 ttB B212121221121//tan tan r r tt nt nt B B B B B B若下面是铁磁质（ r 1>>1）;上面是空气 （ r 2 1）,则除了垂直入射 1= 2的特殊 情况外,一般都有1tan tan 21通常是 1 900 , 2 00,如上图所示。
正因为铁磁质内部的磁力线远远密于空气中Br 1r 2的磁力线, 铁磁质内的磁力线几乎与表面平行。
我们常说:“磁力线沿铁走”；“铁磁质有把磁力线聚集于其内部的性质”。
上图也是铁磁质的“磁屏蔽”作用的示意图。
§4 铁磁质一. 研究磁化规律的实验装置目的:得出B ～H 的关系。
由环路定理LNIl Hd得 r NI H 2一定的I 相应一定的H;将开关倒向，B -B , 即- ，次级回路中会产生一定的感应电动势。
利用冲击电流计间接测出 ，从而可得出相IH B应的B: B = /S二. 起始磁化曲线对未被磁化的材料,电流从零开始， I H B得到的称起始磁化曲线。
B H 是非线性关系;B 有饱和现象,但仍有一定的斜率。
原因:M H B MB H00HHrB由 H Br 0 还可以得出r H 曲线。
可以看出r 不是常数。
但是在给定了r 值的情况下, 形式上仍常用H B的关系式。
三.磁滞回线（Hysteresis Loop ） B r 剩磁H c 矫顽力B H 既不是线性关系,也不是单值关系,与铁磁质的磁化历史有关。
B B r-B rH c-H cH“去磁” 方法：四. 铁磁质的分类和应用1. 硬磁材料(hard magnetic material) 可作电表、喇叭、录音机磁头、磁芯（记忆 元件）等永久磁铁。
磁滞回线“胖”:剩磁大、矫顽力也大)Gs ~B (r 431010大，），一般（m /A ~m /A H c 642101010 例如：铁、钴、镍的合金等。
BB r2. 软磁材料(soft magnetic material)可作变压器、镇流器、电磁铁等的铁芯。
铁芯在交变磁场中反复磁化要消耗能量, 并以热的形式放出,称为“磁损”（或“铁损”）。
可以证明, 磁损与磁滞回线的面积成正比。
磁滞回线“瘦”: 剩磁小、矫顽力也小（H c<102 A/m,一般1A/m）例如：纯铁、硅钢、坡莫合金（铁78%，镍22%）等。
五. 磁畴（magnetic domain）为什么铁磁质有这么大的磁性？因为它存在“磁畴”。
铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。
可以证明：铁磁质中存在许多自发的均匀磁化小区域——磁畴。
磁畴中的电子的自旋磁矩可以不靠外磁场而取得一致的方向。
各种材料磁畴的线度相差较大：m mm 至都有。
一个磁畴中约有1012~1015个原子。
“居里点”：温度T 磁化强度M 。
失去铁磁性（变为顺磁质）的临界温度称为居里点。
例如, 铁……767 o C 镍……357 o C 。
表演实验:镍的居里点 巴森豪克效应铁磁体的磁致伸缩：铁磁体长度和体积改变晶格间距改变磁畴方向改变M一般：长度的相对改变量约10-5量级； 可用于制作激振器，超声发生器。
△§5简单磁路（magnetic circuit ）BSINmm moo l R R s s l NI NI s l s NIH Hl NIl H令)(d .磁阻磁通势其中s l R NI m m磁力线沿铁走，也可以从磁路角度解释： 铁的磁阻比空气的磁阻小得多。