第七章 磁介质

第 七 章 磁介质

一、目的要求

1、熟悉顺磁质和抗磁质的磁化机制。

2、熟悉铁磁质的磁化规律。

3、掌握磁化强度、磁场强度等概念。

4、会求解磁化强度和介质中的磁场。 二、教学内容

1、磁场中的介质（ 2学时）

2、有介质的环路定理（ 2学时）

3、铁磁质（ 2学时） 三、教材分析

回忆在第三章讲过，放置于电场中的介质会极化，描述介质极化的物理量时极化强度，描述介质中电场的物理量用电位移矢量。对于磁介质的描述与电解质十分相似，分别引入磁化、磁化强度、磁场强度等概念，进而得出有介质的磁环路定理。

四、重点难点

本章的重点和难点都是 介质的磁化机制 。

§7.1 有磁介质时静磁场的基本规律

一、教学内容

1．磁介质的磁化，磁化强度 2．磁化电流

3．磁场强度，有磁介质时的场方程 4．静磁场与静电场的对比 二、教学方式、 讲授

三、讲课提纲

1、磁介质的磁化，磁化强度

在磁场的作用下发生某种变化并反过来影响磁场的媒质称为磁介质。几乎所有气体、液体和固体等实物，无论其内部结构如何，对磁场都会有响应，表明所有物质都有磁性。

大部分物质磁性都较弱，只有少数如金属铁、镍、钴及某些合金等才有强磁性。这种以铁为代表的磁效应特别强的物质称铁磁质，其它非铁磁性物质为弱磁质，又可分为顺磁质、抗磁质。

(1) 磁化现象

现象1：螺绕环（或长螺管）线圈内充满均匀磁介质后，内B 和自感L 均增大。 设真空螺绕环的nI B 00μ=、V n L 200μ=，则充满均匀磁介质时有

0B B μ= 、0L L μ=

μ为介质磁导率。

现象2：电磁感应现象发生时

I

I —次级出现感应电流—插入铁芯的线圈—次级出现感应电流—空心线圈0

，0I I >>。表明

感应能力加强，铁芯中B 大大增加，亦即：铁芯可使线圈中φ大大增加。

(2) 用分子电流观点解释磁化现象 ① 分子电流观点

此观点即“稳恒磁场”一章中所述的分子电流假说：组成磁介质的磁分子（最小单元）视为环形电流。对应分子磁矩为

a i m 分

分= ② 解释现象

以软铁棒为例：磁介质圆长棒外套螺线管。

磁分子→分子环流→分子磁矩：

增大）。以上现象（同向，故加强。可解释与电流激发场效磁化电流，此

邻环流相消，表面有等磁介质被磁化，内部相方向有序排列，

作用下一定程度上沿各分子磁矩在有外场时：。

未磁化宏观对外不显磁性各分子磁矩取向杂乱，无外场时：m B B B B nI B B φμ000000,)(,0

'==

此处叫励磁电流。—叫附加场。螺管电流——叫磁化场（即外场）—I B B '0

(3) 磁化的描述

① 磁化强度M

介质被磁化与否，磁化的状态（方向、程度）如何，引入磁化强度矢量M

这一物理量进

行描述，定义为：

单位体积内磁分子的分子磁矩之矢量和，即

V m M ∆=∑分

其单位为：米安米

米安1132=⋅。 若取平均，把每个分子看成完全一样的电流环，用平均分子磁矩代替每个分子的真实磁矩（或认为排列已理想），则常用：

a i n m n M

分分==

其中n ——单位体积内的磁分子数。

[讨论]

⎪⎩

⎪

⎨⎧===的量值越大。排列有序度高时，则常矢；当对于均匀磁化，有；对于真空中，有

；

有当磁介质未被磁化时，分M m M M M

00 ② 磁化强度M

与磁化电流I '的关系

磁介质被磁化的宏观表现是出现磁化电流I '→按毕奥—萨伐尔定律激发B '

；而描述宏观

磁化状态的量是M

，它们间必有直接联系。下面推导这一关系：

如图7-1所示，在介质内取以l 为周界的曲面∑ 。研究因磁化而引起的通过∑

面的磁化电

流I '。

图7-1

经分析可知，对所取曲面的电流有贡献者，是那些与l 相套链的分子环流。

在∑ 的边线l 上取线元l d ，以l 线为中心、取分子环流所围面积矢a

为底构成斜圆柱，其

体积为l d a dV

⋅=。设磁分子数密度为n ，则分子数为ndV dN =，斜圆柱体内每一分子环流

贡献分I ，则l d 长上贡献

l d M l d m n l d a n I ndV I dN I I d

⋅=⋅=⋅==='分分分分

从而，因磁化穿过∑

面的总磁化电流为

⎰⎰⋅='='l

l l d M I d I 又 ⎰∑

∑⋅'='

d j I

所以 ⎰⎰∑

∑⋅'=⋅

d j l d M l

[注] 根据斯托克斯公式，有⎰⎰∑

∑∑⋅'=∑⋅⨯∇ d j d M )(，又因∑

任取，故

M j

⨯∇='

表明，只要常矢=M （即介质均匀磁化），不论介质均匀与否，就有0='j

。

② 磁介质分界面处磁化面电流分布

如图7-2所示，在分界面处取小回路l ，介质内回路所在处的M

视作均匀，且有

t l l

∆=∆， N n t ⨯=（三单位矢正交）

一进一出

之外不套链

面矢a

（分子电流所围）

l

d

∑

l

真空 2 磁介质 1

n

l

'i

t

0M N

M

t

l l ∆=∆图7-2