磁介质的特性

3.4 磁介质的特性

1.什么是磁介质？

2.磁介质的磁化

3.磁化强度

4.磁介质的物态方程

5.磁介质的分类

6.剩余磁化

在外磁场作用下，呈现出明显磁性的物质称为磁介质。

1. 什么是磁介质？

分子磁矩：电子轨道磁矩

电子自旋磁矩

原子核自旋磁矩

I

S

ˆn a

小电流环的磁矩：ˆn

m ISa

2. 磁介质的磁化

在外磁场作用下，物质中的分子磁矩都将受到一个扭矩作用，所有原子磁矩都趋于和外磁场方向一致排列，结果对外产生磁效应，这种现象称为物质的磁化。

磁化强度的定义：单位体积内，所有分子磁矩的矢量和。

3. 磁化强度

lim

i

V m M V

∆→=∆∑(A/m)

磁介质被磁化后，磁介质中出现束缚电流。束缚电流面密度：束缚电流体密度：

m J M

=∇⨯mS ˆn J M a =⨯m M H

χ=磁化强度与磁场强度之间存在线性关系：

磁化率

4. 磁介质的物态方程

根据全电流定律：C m 0()B

D

J J t

μ∂∇⨯=++

∂m J M

=∇⨯已知：C 0()B

D J M t

μ∂∇⨯=+∇⨯+

∂C 0()B

D M J t μ∂∇⨯-=+

∂磁介质中的磁场强度：M

B

H -=0

μm M H

χ=已知：00m ()(1)B H M H

μμχ=+=+0r B H

μμ=r m 1μχ=+令：可得：其中：

称为相对磁导率。r μ0r μμμ=材料的磁导率表示为：磁介质的物态方程

常用材料的磁化率

材料名称

磁化率材料名称

磁化率金-3.6×10-5

铅-1.8×10-5

银-2.6×10

-5水-0.91×10

-5铜-0.98×10-5汞-1.4×10-5镁 1.2×10-5

钠0.62×10-5

铝 2.2×10-5钨 6.8×10-5纯铁2×105硅钢片7×103镍

6×102

钴

2.5×102

m χm χ

5. 磁介质的分类

（1）抗磁质：其磁化率为负，其相对磁导率略小于1。

即：m χr m 11μχ=+<且r 1

μ≈磁介质可分为：

抗磁质、顺磁质、铁磁质和亚铁磁质等。

如：金、银和铜等属于抗磁质。

（2）顺磁质：磁化率为正，相对磁导率略大于1，即

11r m

μχ

=+>且r 1

μ≈如：镁、锂和钨等属于顺磁质。

（3）铁磁质：其磁化率非常大，其相对磁导率远大于1。

即：r 1

μ>>如：铁、镍和钴等属于铁磁质。

在铁磁性材料中，有许多小天然磁化区，称为磁畴。

（4）亚铁磁质：由于部分反向磁矩的存在，其磁性比铁磁材料的要小，铁氧体属于一种亚铁磁质。

一些材料的相对磁导率和分类情况见教材。

6. 剩余磁化

铁磁性物质被磁化后，撤去外磁场，部分磁畴的取向仍保持一致，对外仍然呈现磁性。

磁滞回线

6. 剩余磁化

铁磁性物质被磁化后，撤去外磁场，部分磁畴的取向仍保持一致，对外仍然呈现磁性。

铁磁材料的磁性和温度也有很大关系，超过某一温度值后，铁磁材料会失去磁性，这个温度称为居里点。

例2：某一各向同性材料的磁化率，磁感应强度，

求：该材料的相对磁导率、磁导率、磁化电流密度、传导电流

密度、磁化强度及磁场强度。m 2χ=2

ˆ20(mWb/m )x B ya =r m

1μχ=+解：根据关系式

得：r 123μ=+=及7r 034π10 3.77

μμμ-==⨯⨯=(μH/m)(kA/m)

m ˆ210.62x M H H ya χ===ˆ5.31x B H ya μ==(kA/m)

m ˆˆ10.62x z z M J M a a y ∂=∇⨯=-=-∂2(kA/m )

C ˆ5.31z J H a =∇⨯=-2(kA/m )

小结：

1.什么是磁介质？

2.磁介质的磁化

3.磁化强度

4.磁介质的物态方程

5.磁介质的分类

6.剩余磁化m M H

χ=0r B H

μμ=0()B H M μ=+