磁场中的磁介质PPT课件
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4. 磁畴与温度的关系: 当温度持续升高到某值时, 由于剧烈的热运动, 磁畴 瓦解, 铁磁质的铁磁性消失, 过渡到顺磁质。此温度叫做居里温度或居里点。
5. 磁饱和状态
随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加 的速度变慢，最后外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到 磁饱和状态。
⊙
等 效
I′
对各向同性（均匀）磁介质， 从导体横截面看，导体内部分 子电流两两反向，相互抵消。 导体边缘分子电流同向。
对各向同性（均匀）磁介质， 分子电流可等效成磁介质表面 的磁化电流I′，I′产生附加磁 场B'。
B B o B B o
对各向同性（均匀）磁介质，磁化电流I′只出现在介质表面， 介质内部无磁化电流，且磁化电流I′不可引出，因此，磁化电 流也称为束缚电流。
完全消失而成为顺磁质。
Fe(1040K) Co(630K) Ni(1390K)
B
(H)
BS
CS
B
磁化曲线——磁介质内磁感应强度
B随磁场强度H的变化关系曲线。
A
O
H
一、铁磁介质的磁化机理——磁畴
1.磁畴
磁畴——铁磁质中因电子自旋而引 起的强烈相互作用，在铁磁质内形 成磁性很强的小区域 。磁畴的体积 约为 10-12 m3 。
例1、长直单芯电缆的芯是一根半径为R1 的金属导体，它与
外壁之间充满均匀磁介质,其相对磁导率为 r ，外筒半径为
R2 ,电流从芯流过再沿外壁流回。求(1)导线内的磁场分布;(2)
磁介质中磁场分布;(3)磁介质外的磁场分布。
解:(1)导线内的磁场分布
Hdl
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
l
H
Ir
2 R12
I
B
Ir 2 R 12
B0
I
B0
I B'
弱磁性物质 强磁性物质
二、磁介质的磁化
任何物质皆由原子或分子构成。原子（分子）中的电子同 时参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩 和自旋磁矩。
分子磁矩——分子所有电子的轨道磁矩与 自旋磁矩的矢量和，称为分子固有磁矩， 简称为分子磁矩 m。分子磁矩的方向与电 子运动的角速度方向相反。
第十一章 磁场中的磁介质
上章我们学习了真空中稳恒电流激发的磁场及其 规律。当空间有介质(导体、绝缘体)存在时，磁场 将与介质发生相互作用，我们把磁场中的介质称为 磁介质。磁介质在外加磁场作用下自身产生附加磁 场的过程称为磁化。
本章简要介绍磁介质的性质、磁化的机制、以及 磁介质中的安培环路定理。
§11.1 磁介质对磁场的影响
B
c b a
o
磁饱和状态
d
H
二、铁磁质的磁化规律——磁滞回线
一、磁介质对磁场的影响
与电介质的情况类似，稳恒磁场 中的磁介质因磁化而产生磁化电流 和附加磁场；磁介质内的总场为原
磁场B0 与附加磁场B’的矢量和。 BB0B'
实验已经证明，B 与 B 之0 间的关系为:
BrB0
称r 为磁介质的相对磁导率。
顺磁质：μr≥ 1 如金属铝、锰、铬等。 抗磁质：μr ≤ 1 如金属金、银、铜等。 铁磁质：μr >> 1 如金属铁、钴、镍等。
L B d l0 ( I0 I')
磁介质的总磁场 传导电流 磁化电流总和
由于磁化电流的计算很繁，所以我们从无磁介质时出发。
无磁介质时： LB 0d l0 I0
根据实验规律 BrB0
B
dl
L0r
I0
定义磁场强度： H
B
B
0r
L H dl I0
磁介质中的安培环路定理：
分子电流——分子磁矩产生的磁效应可以用一等效的圆电流 的磁矩来表示。
这就是安培提出的分子电流假设。
顺磁质和抗磁质的磁化可用安培分子电流假说解释，而铁磁 质的磁化很复杂。
1. 顺磁质的磁化机理——顺磁性
无外场Bo时，分子的磁矩 排列杂乱无章，介质内分 子磁矩的矢量和 m=m=0
有外场Bo时，分子磁矩转 到与外磁场方向一致，分 子磁矩的矢量和 m=m≠0
L H dl I0
即：磁场强度沿任意闭合路径的线积分（环流），等于穿过 以该回路为边界的传导电流的代数和。
说明：
H 是为消除磁化电流的影响而引入的辅助物理量。
H 的环流仅与传导电流I0 有关,与介质无关(当I 相同时，
尽管介质不同，H 在同一点上却相同)。因此可以先求磁 场强度 H ，再求磁感应强度B。 H的单位：安培/米(A/m)
2. 抗磁质的磁化机理——抗磁性 B
在无外磁场时，抗磁质中 分子固有磁矩为零:m=0， 物质不显磁性。
有外场时，电子的轨道角动量会绕着磁场方向旋进, 形成一个电的环流,但电子带负电,这就相当于一个与 原磁场方向反向的正的环流,产生的磁矩指向磁场的 相反方向.
三、磁介质中的安培环路定理
有磁介质时，安培环路定理是：
3.磁畴与外磁场的关系
无外磁场时, 各个磁畴由于热运动其方向排列无序, 因而整体对外不 显磁性。
有外磁场时, 各个磁畴的磁矩在外磁场的磁力矩作用下以整体的形式
趋向外磁场方向排列, 从而对外显示很强的磁性。出现高m 值。
具体过程: 与外磁场方向一致和相同的磁畴范围扩大, 磁畴磁矩方向同时 尽力转向外磁场的方向。
0H
0Ir 2R12
I
(2)磁介质内的磁场分布
lHdlI I
H I 2 r
B0rH20rrI
(3)磁介质外的磁场分布 Hdl I 0 l
I
B0
磁介质中的安培环路定理 电介质中的高斯定理
L B d l0 I00 i'
L
L
S
1
EdS0
S
(q0q')
H
B
B
0r
D 0 rE E
lH dl I0
DdSq0
S
§ 11.2 铁磁质
在工程技术上常用的磁介质是铁磁质，如电机、变压器和电表等。铁 磁质有如下特点：
1．在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度；μ>>1
2．当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态；
3．B与H之间不是简单的线性关系；
4．铁磁质都有一临界温度。在此温度（居里温度）之上，铁磁性
在无外磁场时，各磁畴 排列杂乱无章，铁磁质不 显磁性；在外磁场中，各 磁畴沿外场转向，介质内 部的磁场迅速增加，在铁 磁质充磁过程中伴随着发 声、发热。
2.磁畴的形成
按照量子理论, 铁磁质内电子间存在着很强的由电子自旋引起的相互作 用——电子交换作用, 使各电子的自旋磁矩排列整齐，从而形成磁畴。每 个磁畴内的电子自旋磁矩整齐排列，磁性很强——自发磁化。
5. 磁饱和状态
随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加 的速度变慢，最后外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到 磁饱和状态。
⊙
等 效
I′
对各向同性（均匀）磁介质， 从导体横截面看，导体内部分 子电流两两反向，相互抵消。 导体边缘分子电流同向。
对各向同性（均匀）磁介质， 分子电流可等效成磁介质表面 的磁化电流I′，I′产生附加磁 场B'。
B B o B B o
对各向同性（均匀）磁介质，磁化电流I′只出现在介质表面， 介质内部无磁化电流，且磁化电流I′不可引出，因此，磁化电 流也称为束缚电流。
完全消失而成为顺磁质。
Fe(1040K) Co(630K) Ni(1390K)
B
(H)
BS
CS
B
磁化曲线——磁介质内磁感应强度
B随磁场强度H的变化关系曲线。
A
O
H
一、铁磁介质的磁化机理——磁畴
1.磁畴
磁畴——铁磁质中因电子自旋而引 起的强烈相互作用，在铁磁质内形 成磁性很强的小区域 。磁畴的体积 约为 10-12 m3 。
例1、长直单芯电缆的芯是一根半径为R1 的金属导体，它与
外壁之间充满均匀磁介质,其相对磁导率为 r ，外筒半径为
R2 ,电流从芯流过再沿外壁流回。求(1)导线内的磁场分布;(2)
磁介质中磁场分布;(3)磁介质外的磁场分布。
解:(1)导线内的磁场分布
Hdl
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
l
H
Ir
2 R12
I
B
Ir 2 R 12
B0
I
B0
I B'
弱磁性物质 强磁性物质
二、磁介质的磁化
任何物质皆由原子或分子构成。原子（分子）中的电子同 时参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩 和自旋磁矩。
分子磁矩——分子所有电子的轨道磁矩与 自旋磁矩的矢量和，称为分子固有磁矩， 简称为分子磁矩 m。分子磁矩的方向与电 子运动的角速度方向相反。
第十一章 磁场中的磁介质
上章我们学习了真空中稳恒电流激发的磁场及其 规律。当空间有介质(导体、绝缘体)存在时，磁场 将与介质发生相互作用，我们把磁场中的介质称为 磁介质。磁介质在外加磁场作用下自身产生附加磁 场的过程称为磁化。
本章简要介绍磁介质的性质、磁化的机制、以及 磁介质中的安培环路定理。
§11.1 磁介质对磁场的影响
B
c b a
o
磁饱和状态
d
H
二、铁磁质的磁化规律——磁滞回线
一、磁介质对磁场的影响
与电介质的情况类似，稳恒磁场 中的磁介质因磁化而产生磁化电流 和附加磁场；磁介质内的总场为原
磁场B0 与附加磁场B’的矢量和。 BB0B'
实验已经证明，B 与 B 之0 间的关系为:
BrB0
称r 为磁介质的相对磁导率。
顺磁质：μr≥ 1 如金属铝、锰、铬等。 抗磁质：μr ≤ 1 如金属金、银、铜等。 铁磁质：μr >> 1 如金属铁、钴、镍等。
L B d l0 ( I0 I')
磁介质的总磁场 传导电流 磁化电流总和
由于磁化电流的计算很繁，所以我们从无磁介质时出发。
无磁介质时： LB 0d l0 I0
根据实验规律 BrB0
B
dl
L0r
I0
定义磁场强度： H
B
B
0r
L H dl I0
磁介质中的安培环路定理：
分子电流——分子磁矩产生的磁效应可以用一等效的圆电流 的磁矩来表示。
这就是安培提出的分子电流假设。
顺磁质和抗磁质的磁化可用安培分子电流假说解释，而铁磁 质的磁化很复杂。
1. 顺磁质的磁化机理——顺磁性
无外场Bo时，分子的磁矩 排列杂乱无章，介质内分 子磁矩的矢量和 m=m=0
有外场Bo时，分子磁矩转 到与外磁场方向一致，分 子磁矩的矢量和 m=m≠0
L H dl I0
即：磁场强度沿任意闭合路径的线积分（环流），等于穿过 以该回路为边界的传导电流的代数和。
说明：
H 是为消除磁化电流的影响而引入的辅助物理量。
H 的环流仅与传导电流I0 有关,与介质无关(当I 相同时，
尽管介质不同，H 在同一点上却相同)。因此可以先求磁 场强度 H ，再求磁感应强度B。 H的单位：安培/米(A/m)
2. 抗磁质的磁化机理——抗磁性 B
在无外磁场时，抗磁质中 分子固有磁矩为零:m=0， 物质不显磁性。
有外场时，电子的轨道角动量会绕着磁场方向旋进, 形成一个电的环流,但电子带负电,这就相当于一个与 原磁场方向反向的正的环流,产生的磁矩指向磁场的 相反方向.
三、磁介质中的安培环路定理
有磁介质时，安培环路定理是：
3.磁畴与外磁场的关系
无外磁场时, 各个磁畴由于热运动其方向排列无序, 因而整体对外不 显磁性。
有外磁场时, 各个磁畴的磁矩在外磁场的磁力矩作用下以整体的形式
趋向外磁场方向排列, 从而对外显示很强的磁性。出现高m 值。
具体过程: 与外磁场方向一致和相同的磁畴范围扩大, 磁畴磁矩方向同时 尽力转向外磁场的方向。
0H
0Ir 2R12
I
(2)磁介质内的磁场分布
lHdlI I
H I 2 r
B0rH20rrI
(3)磁介质外的磁场分布 Hdl I 0 l
I
B0
磁介质中的安培环路定理 电介质中的高斯定理
L B d l0 I00 i'
L
L
S
1
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H
B
B
0r
D 0 rE E
lH dl I0
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§ 11.2 铁磁质
在工程技术上常用的磁介质是铁磁质，如电机、变压器和电表等。铁 磁质有如下特点：
1．在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度；μ>>1
2．当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态；
3．B与H之间不是简单的线性关系；
4．铁磁质都有一临界温度。在此温度（居里温度）之上，铁磁性
在无外磁场时，各磁畴 排列杂乱无章，铁磁质不 显磁性；在外磁场中，各 磁畴沿外场转向，介质内 部的磁场迅速增加，在铁 磁质充磁过程中伴随着发 声、发热。
2.磁畴的形成
按照量子理论, 铁磁质内电子间存在着很强的由电子自旋引起的相互作 用——电子交换作用, 使各电子的自旋磁矩排列整齐，从而形成磁畴。每 个磁畴内的电子自旋磁矩整齐排列，磁性很强——自发磁化。