5有磁介质时的磁场
5.5 磁介质中磁场的基本方程
即 r 1 如铁、镍和钴等属于铁磁质。
01:52 5 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。
四、剩余磁化
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。
H dl H 2 I
l
f
H
If 2
e ( 0)
（2）求磁感应强度
I f B H e (0 a) 2
0 I f B 0 H e ( a) 2
01:52 7
（3）求磁化强度 M
M =(r 1) H
If M =(r 1) H ( 1) e (0 a) 0 2
B
0
M
磁场强度矢量
1
H J
利用斯托克斯公式，可得上式的积分形式 即
H dl H d S J d S I 安培环路定律的积分形式 H dl I
l S S l
实践中孤立的磁荷至今还没有被发现，磁场中磁通 连续性方程保持不变，
B 0
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。 01:52
磁滞回线
6
例1：磁导率为 ,半径为a的无限长的磁介质圆柱，其中 心有一无限长的线电流If，整个圆柱外面是空气，求各处 的磁感应强度、磁化强度和磁化电流。 解：（1）可由安培环路定律求出磁场强度 H
由高斯散度定理，得
BdS 0
S
1)空间中磁力线是连续的； 2)恒定磁场是无源场，不存在磁力线的扩散源和汇集源； 3)磁场的散度与磁感应强度是不同的物理量，磁场的散度 01:52 2 描述磁力线的分布特点，而不是磁场本身。
大学物理第11章磁场中的磁介质
第三篇
电磁学
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。
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。 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。
并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于 外磁场变化——磁滞现象, 当H = 0时, B = Br ≠0，Br——剩磁。
第三篇
电磁学
B
b ~c : 加上反向外磁场，则B 继续 减小,当H=-Hc时，B=0，Hc称为矫顽 力, 即为了消除剩磁所需加的反向 外磁场Hc 。 c~d：继续增加反向磁场，介质达 到反向磁饱和状态。
A
H
第三篇
电磁学
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 。
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。
第三篇
电磁学
三、磁介质中的安培环路定理
有磁介质时，安培环路定理是：
磁介质中的磁场
B 0 r H 0 r 方向沿圆的切线方向 2r B M s H M
I s ( r 1) 方向与轴平行 2R
磁介质内表面的总束缚电流 I '
0
r
R
H B
铜、铋、锑及惰性气体等一类物质均属抗磁质。
一般情况，这两类物质的相对磁导率 r 1，与真空的相 对磁导率 1 是接近的。
铁磁质： r 1， B0 ， 与B同向。 B B
铁磁质的相对磁导率很大，且磁性起源与前两种完全不同， 4 铁、镍、钴及其合金均属铁磁质。
1. 磁介质有三种，用相对磁导率 r表征它们各自的 特性时，
S
19
S
H dl I
例题 1 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁质， 已知螺绕环中的传导电流为 I ， 单位长度内的匝数为
n ，环的横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 r 和 。求环内的磁 场强度和磁感应强度。
解 以螺绕环中心 O 为圆心，半 径为 r 在螺绕环的内部作一圆形 环路， 由有介质时的安培环路定 理有
10
2）磁化强度矢量与分子电流关系
B'
设充满均匀磁介质的无限长螺线管通电流，磁介质被均匀地 磁化，存在有规则的分子电流，每个分子电流皆与该点处的
B
磁化强度矢量成右手螺旋关系，如图所示。
圆柱体内部电流互相抵消；沿圆柱体边缘流动的分子电流未 抵消，圆柱体内分子电流的效果，等于沿圆柱表面上分布的 电流的效果，电流的磁场与螺线管电流磁场相似。
充满磁介质的长直螺线管中磁感应强度为
B nI
3
3、顺磁质、抗磁质、铁磁质
12 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
r B0
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， 在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺 线管，称为磁化面电流（或束缚面电流）。
v B
=
v B0
+
v B
'
磁介质中的 总磁感强度
真空中的 介质磁化后的 磁感强度 附加磁感强度
顺磁质 抗磁质 铁磁质
§11-11 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
1. 磁介质 若磁场中有实物物质存在，由于物质的分子或
原子中都存在着运动的电荷，所以当物质放入磁场 中，其中的运动电荷将受到磁力的作用而处于一种 特殊的状态，又会反过来影响磁场的分布，这时的 物质统称为磁介质。
磁 化：磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。
对于各向同性的磁介质：
磁场强度
v H
=
Bv
= Bv
μ0μr μ
单位：A/m.
μ : 磁介质的磁导率
则
∫
r H
⋅
r dl
=
∑
I
有磁介质时的 安培环路定理
表明：磁场强度矢量的环流和传导电流 I 有关， 而在形式上与磁介质的磁性无关。
r 例: 有两个半径分别为R 和 的“无限长”同
轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为μr 的
B
r ⋅ dl
=
μ0
(
I0 + Is)
一般来说，自有电流可以由人们主动控制，束
缚电流比较复杂
由Bv
v
=
μv r
r B0
B = B0
∫L
∫ ∫ Bv
μ0μr
⋅
v dl
=
(完整版)有磁介质时磁场的计算
三、有磁介质时磁场的计算计算步骤：[例1] 均匀密绕的细螺绕环(环截面半径<<环半径)内充满均匀的顺磁质，磁介质的相对磁导率为μr 绕环有N 匝线圈， 线圈中通电流I 。
求环内的磁场强 度和磁感应强度。
解：·在环内任取一点P ，过P 点作一环路L 如图。
由对称形性知，L 上各点H 的大小相同，方向均沿切向；·由H 的环路定理，⎰ H ⋅d l = μ0NI 有 H ⋅2πr = μ0NI 得 ·因磁介质是均匀的顺磁质，其中B 0= μ0NI /2πr 是螺绕环内部为真空时，环内部的磁感强度。
可见，此题在充介质的情况下，磁感强度增大为环内为真空时的μr 倍。
[例2]一无限长直导线半径R 1，通电为I ，导 线外包有一圆柱状磁介质壳，设磁介质 为各向同性的顺磁质，相对磁导率为μr ，H =2πrμ0NIB =μ0μr H = =μr B 02πrμ0μr NI求：(1)磁介质内外的H 和B ； (2)磁介质表面的磁化电流。
解：(1)求H 和B ·求H ，磁介质壳内： 对称性分析→H 方向如图 取环路L ，由环路定理有 ⎰L H 内⋅d l =I H 内2πr = IH 内= I 2πr(R 1≤ r ≤R 2)j '外 断面图同样可得，磁介质壳外·求B ， 方向同H 磁介质壳内磁介质壳外(2)求磁化电流 ·求M ， 方向同H 磁介质壳内 M = (μr -1)H 内μ0I 2πrB 外=μ0 H 外=(=B 0)M =(μr -1)I 2πr (R 1≤ r ≤R 2)H 外= I 2πr(R 2≤ r ≤∞)μ0μr I2πr B 内=μ H 内= (>B 0)B 0=μ0I2πr—传导电流的场=μr B 0·求j ' ， 方向如图 磁介质外表面I '外= j '外(2πR 2) = (μr -1) I磁介质内表面I '内= j '内(2πR 1) = (μr -1) I I '内和I '外方向相反如图。
磁介质的磁化及有磁介质存在时的磁场
2013/4/17
磁化强度矢量M和B的关系
磁介质磁化达到平衡后，一般说来，磁化
强度矢量M应由总磁感应强度B确定
BB
M和B之间的关系
0
B'
磁介质的磁化规律（通常由实验确定）
磁介质种类繁多，结构性质各异，磁介质中M
和B的关系很难归纳成一个统一的形式
线性磁介质
M kmB
非线性磁介质：
km
m 0
均与介 质性质 有关
M与介M质表n 面i'或磁M化t 电i' 流的面关磁化系电流密度
证明
在介质表面取闭合回路
穿过回路的磁化电流
I' i'l
b
b
a
M t dl
c
M=0
d
a
M dl a M dl b M dl c M dl d M dl
L
bc、da<< dl
M tl i' l M t i' 得证
以“分子电流”模型取代磁荷模型，从根 本上揭示了物质极化与磁化的内在联系
其实在安培时代，对于物质的分子、原子 结构的认识还很肤浅，电子尚未发现，所 谓“分子”泛指介质的微观基本单元
继续
2013/4/17
“磁荷”模型要点
磁荷有正、负，同号相斥，异号相吸 磁荷遵循磁的库仑定律（类似于电库仑定律） 定义磁场强度 H为单位点磁荷所受的磁场力 把磁介质分子看作磁偶极子 认为磁化是大量分子磁偶极子规则取向使正、负
附加场反过来要影响原来空间的 磁场分布。
各向同性的磁介质只有介质表面 处，分子电流未被抵销，形成磁 化电流
2013/4/17
磁化电流与传导电流
传导电流
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。
磁介质对磁场的影响
磁介质对磁场的影响磁介质指的是对磁场具有一定响应能力的物质。
与真空相比，磁介质对磁场的影响一般可以分为增强磁场、减弱磁场和改变磁场方向等方面。
首先，磁介质可以增强磁场。
当一个磁介质置于外磁场中时，磁介质内部的微观磁性小区域会发生磁矩的重新排列，从而产生新的磁场。
这些磁矩的重新排列，使得磁场在磁介质内部的分布不再均匀，产生了一种微观的磁化强度。
这种磁化强度使得磁场在磁介质中的分布比外磁场强，并且沿磁介质内磁化强度的方向。
因此，磁介质可以增强磁场的强度。
其次，磁介质可以减弱磁场。
当一个磁介质取出磁场中时，磁介质里的微观磁性小区域的磁矩被强磁场重新排列时，可能由于各种原因（如晶体结构或化学性质）而不能完全恢复。
这种情况下，磁介质会保留一部分磁矩，这部分磁矩产生的磁场与原磁场相反。
这样，磁介质减弱了外磁场，降低了磁场的强度。
此外，磁介质还可以改变磁场的方向。
当一个磁介质置于外磁场中时，磁介质内的微观磁性小区域的磁矩会发生重新排列，产生一个磁化强度。
这种磁化强度会改变磁场线的方向。
例如，当外磁场指向北极时，磁介质内的磁化强度可能指向南极。
因此，磁介质可以改变磁场线的方向。
除了以上三个方面的影响外，磁介质还会对磁场的参数产生影响，如改变磁场的磁导率、磁化强度等。
其中，磁导率是磁介质相对于真空的磁场传导性能。
磁介质的磁导率可以比真空的磁导率大或小，因此可以改变磁场的传导能力。
总结起来，磁介质对磁场的影响主要包括增强磁场、减弱磁场、改变磁场方向以及改变磁场参数等方面。
这些影响是由磁介质微观磁性小区域的磁矩重新排列产生的。
这种磁矩的重新排列会引起磁介质内磁化强度的变化，从而影响磁场的强度、方向和参数。
这些影响在磁学领域和相关应用中具有重要意义。
磁介质中的磁场
磁介质中的磁场
顺磁质和抗磁质的区别就在于它们的分子或原子的电结构不同. 研究表明，抗磁质分子在没有外磁场作用时，分子的固有磁矩为零. 而顺磁质分子在没有外磁场作用时，分子的固有磁矩却不为零，但由 于分子的热运动，各分子的磁矩取向是杂乱无章的.因此，在没有外 磁场时，不管是顺磁质还是抗磁质，宏观上对外都不呈现磁性.
磁介质中的磁场
磁介质中的磁场
前面几节主要研究了真空中运动电荷或电流所激发的 磁场.而在实际情况下，还存在着各种各样的在磁场作用下 能出现响应并能反过来影响磁场的物质，这种物质称为磁 介质.电介质在外电场中将被极化，产生附加电场，使原有 电场发生变化.同样地，磁介质在外磁场的作用下，也会产 生附加磁场，使原有磁场发生变化，这种现象称为物质的 磁化.磁化过程使原来没有磁性的物质变得具有磁性，物质 的磁学特性是物质的基本属性之一.
磁介质中的磁场
图9- 43 磁化电流
磁介质中的磁场
无论是哪一种磁介质的磁化，其宏观效果都是在 磁介质的表面出现磁化电流.磁化电流和传导电流一样 要激发磁场，顺磁质的磁化电流方向与磁介质中外磁 场的方向成右手螺旋关系，它激发的磁场与外磁场方 向相同，因而使磁介质中的磁场加强.抗磁质的磁化电 流的方向与外磁场的方向成左手螺旋关系，它激发的 磁场与外磁场方向相反，因而使磁介质中的磁场减弱.
磁介质中的磁场
自然界所有的实物物质都是磁介质，磁介质对磁场的影响通常
都是通过实验测量的.现有一长直螺线管，在导线中通以电流I，测出
管内真空条件下的磁感应强度B0；然后保持电流I不变，将管内均匀 地充满某种各向同性的磁介质，再测出管内的磁感应强度B.实验结果
表明，B和B0的方向相同，大小不同，它们之间的关系可表示为
在此只讨论弱磁介质的磁化机理.实物物质分子或原子的 微观电结构理论表明，分子或原子中的每个电子都同时参与 了两种运动：一是电子绕核的轨道运动；二是电子本身的自 旋.电子的这些运动形成了微小的圆电流，这样的圆电流对应 有相应的磁矩，把两种对应的磁矩分别称为轨道磁矩和自旋 磁矩.一个分子中所有的电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和称 为该分子的固有磁矩，用符号Pm表示，它可以看成是由一个 等效的圆形分子电流产生的.
磁介质的磁化和介质中的安培环路定理简化
定义： 沿磁介质轴线方向上单位长度的磁化电流称为磁化电流密度 js 。
js
Is L
结论1：磁化强度大小数值上等于磁化电流密度。
普遍情况下可以证明：
M js js M nˆ
微分关系
束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量。
电介质有
' P nˆ
束缚电荷面密度的大小等于电 极化强度的法向分量。
有磁介质时的磁场
磁畴图象
1
一、 磁介质对磁场的影响
什么是磁介质？ 能够影响磁场分布的物质。
现在将一个长螺线管通电流 I，内部造成一个 均匀磁场,再将磁介质充满磁场（保持电流不变）。
发现磁介质中的磁场：
B B0 B
B B0 B
传导电流 I B0
I 长直密绕螺线管
磁介质上有磁化电流，
4
一般由于分子的热运动, 但是在外磁场中，
完全是混乱的,
m 分 m 会发生转向而排列，
分
这就是顺磁质被“磁化”。
外磁场越强，转向排列越整齐。
顺磁质内部的各 分子等效磁矩 有一定程度的排列， 分子等效电流 i 使
m分
S
顺磁质内部的磁场加强；
而且顺磁质会被磁铁吸引。
N S
不显磁性。
m分
N i
抗磁质
( B
0 I 0
L M ) dl
M dl
L
I
L 0
L
• 定义：磁场强B度
H M
0
12
(
B
M ) dl
I
L
0
L
H dl I
•
定义：磁场强度
H
B
M
0
L
磁介质中的环路定理
有磁介质存在时的磁场
N
S
磁介质表面出现磁化电流
B dl
L
0 (
I Is)
顺磁质磁化电流的磁场与外磁场方向
一致，抗磁质则相反
第十六章 有磁介质存在时的磁场
§16-4H矢量及其环路定理
一、磁介质中的安培环路定理
N
S
充满介质磁场
B rB0 (1)
真空中磁场环路定理
B0
dr
第十六章
0I
顺磁质：m >0 抗磁质：m <0 铁磁质：m很大
----强磁性物质 ----磁化率
第十六章 有磁介质存在时的磁场
§16-2 原子的磁矩
一、原子磁矩的经典模型：
原子内，核外电子绕核运动，
同形成时磁还矩有自m旋核也IS有e自旋运动，
I表示电流,S表示园面积
第十六章 有磁介质存在时的磁场
设电子的质量为me ,运动半径为r，
有磁介质存在时的磁场
(2)
（1)(2）可得：
B
r 0
dr
I
(3)
2、定义：H
B 0
r
B/
----磁场强度
令 0r
----磁介质的磁导率
第十六章 有磁介质存在时的磁场
H dl I 传导电流 L ----磁介质中的安培环路定理 H单位为安培/米(A/m)
结论：在有介质的磁场中， 任意闭合回路磁场强度的线积 分等于闭合回路包围的自由电 流的代数和。
任一体积元中，大量分子的附加磁矩 矢量和与外磁场反向，产生与外磁场 方向相反的附加磁场
----抗磁性产生的机理 附加磁矩是产生抗磁性的唯一原因
第十六章 有磁介质存在时的磁场
4.顺磁质的微观解释 加外磁场后，固有磁矩
介质中磁场强度与磁感应强度关系 知乎
一、介质中磁场强度与磁感应强度的定义和关系介质中磁场强度与磁感应强度是磁学中的重要概念，对于理解磁性材料在外磁场中的行为及其应用具有重要意义。
磁场强度（H）是单位磁极所受磁力的大小，在介质中的磁场中，磁场强度是由介质内的磁性电流和外磁场产生的。
而磁感应强度（B）是描述单位面积上磁通量密度的大小，它与介质中磁场中的磁致磁化强度有密切的关系。
二、介质中磁场强度与磁感应强度的物理意义介质中的磁场强度和磁感应强度之间的关系，反映了磁性材料在外磁场中的响应特性。
当介质中存在磁性材料时，介质中的磁场强度与磁感应强度之间存在一定的关系。
这种关系不仅受到磁性材料自身的磁性特性影响，还受到外磁场的影响，这种影响不仅涉及到磁性材料的磁滞特性、磁导率等，还涉及到介质的形状、温度等因素的影响。
三、介质中磁场强度与磁感应强度的影响因素介质中的磁场强度与磁感应强度之间的关系受到多种因素的影响。
介质中的磁化电流和外磁场强度是影响磁场强度的重要因素。
介质中的形状和尺寸、介质的磁化特性等也是影响磁场强度与磁感应强度之间关系的重要因素。
介质的温度、外界环境等也可能会对介质中的磁场强度和磁感应强度产生影响。
四、对介质中磁场强度与磁感应强度的理解介质中的磁场强度与磁感应强度的关系复杂而有趣，需要我们通过理论分析和实验研究不断深化对其的认识。
在应用中，充分理解介质中磁场强度与磁感应强度的关系，对于设计磁性材料的性能和开发磁性材料应用具有重要意义。
通过理论分析和实验研究，可以发现新的磁性材料，拓展磁性材料的应用领域。
介质中磁场强度与磁感应强度的关系，不仅仅具有理论研究的意义，更有着重要的实际应用价值。
五、结语介质中磁场强度与磁感应强度的关系是磁性材料研究的重要内容，其理论分析和实验研究对于磁性材料的设计和开发具有重要的意义。
通过对介质中磁场强度与磁感应强度的深入研究，可以更好地理解磁性材料在外磁场中的行为，并为磁性材料的应用提供理论基础和实验依据。
有磁介质存在时的磁场
第七章 有磁介质存在时的磁场上两章讨论了真空中磁场的规律，在实际应用中，常需要了解物质中磁场的规律。
由于物质的分子或原子中都存在着运动的电荷，所以当物质放到磁场中时，其中的运动电荷将受到磁力的作用而使物质处于一种特殊的状态中，处于这种特殊状态的物质也会反过来影响磁场的分布。
本章将以实物物质的电结构为基础，简单说明第一类磁介质磁化的微观机制，用类似于讨论电介质极化的方法研究磁介质对磁场的影响，并介绍有磁介质时的磁场场量和场所遵循的普遍规律，简单介绍磁路的概念和磁路的计算。
§1 磁介质存在时静磁场的基本规律一、磁介质在考虑物质受磁场的影响或它对磁场的影响时，物质统称为磁介质。
与电场中的电介质相似，放在磁场中的磁介质也要和磁场发生相互作用，彼此影响而被磁化，处于磁化状态的磁介质也要激发一个附加磁场使磁介质中的磁场不同于真空中的磁场。
设某一电流分布在真空中激发的磁感应强度为0B ，那么在同一电流分布下，当磁场中放进了某种磁介质后，磁化了的磁介质激发附加磁感应强度B ' ，这时磁场中任一点的磁感应强度B 等于0B 和B ' 的矢量和，即B B B '+= 0如果用实验分别测出真空和有磁介质时的磁感应强度0B 和B，则它们之间应满足一定的比例关系，设可以用下式表示0B B r μ= 式中r μ叫磁介质的相对磁导率，它随磁介质的种类或状态的不同而不同。
由于磁介质有不同的磁化特性，它们磁化后所激发的附加磁场会有所不同。
一些磁介质磁化后使磁介质中的磁感应强度B 稍小于0B ，即0B B <，这时r μ略小于1，这类磁介质称为抗磁质，例如水银、铜、铋、硫、氯、氢、银、金、锌、铅等都属于抗磁质。
另一些磁介质磁化后使磁介质中的磁感应强度B 稍大于0B ，即0B B >，这时r μ略大于1，这类磁介质称为顺磁质，例如锰、铬铂氮等都属于顺磁性物质。
一切抗磁质和大多数顺磁质有一个共同点，就是它们所激发的附加磁场极其微弱，B和0B 相差很小，一般技术中常不考虑它们的影响。
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”。
大学物理12-3磁介质中的磁场 磁场强度
磁场强度
B 0H 0M M mH
B 0 (1 m )H
令r 1 m
相对 磁导
率
磁导 率
B 0r H H H dl I0
值得注意： 为H研究介质中的磁场提供方便而不是 反映磁场性质的基本物理量， 才B是反映磁场性质的
基本物理量。ຫໍສະໝຸດ 磁介质中的安培环路定理例12-2 在均匀密绕的螺线环内充满均匀的顺磁介质，
§12-3 磁介质中的磁场 磁场强度（了解）
无磁介质时
L B0 dl
0 I0
（L内）
有磁介质时
B dl 0 ( I0 Is )
其中
I
为传导电流，
0
I为s 磁化电流（一般未知）
Is M dl
B dl 0( I0 M dl )
或
B (
0
M ) dl
I0
磁介质中的安培环路定理
定义
H
B为磁M场强度
0
B
( M ) dl
0
I0
有磁介质时的
H dl I0
安培环路定理
磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任意
闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的
代数和，而与磁化电流无关。
表明：磁场强度矢量的环流仅与传导电流 I 0有 关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国
际单位制中是A/m.
磁场强度
H
B
M
0
B 0H 0M
实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中
任意一点磁化强度和磁场强度成正比。
M mH
式中 只m 与磁介质的性质有关，称为磁介质的
磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它
是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间
介质中的磁场
磁介质的应用主要有：发电机、电动机、变压 器中的铁芯、计算机中的记忆元件等。
本章主要研究磁化的宏观规律，重点是 磁场强度(magnetic intensity)和介质中的环 路定理，磁化的微观机理，铁磁质的磁化 规律。
r, B
B~H S
r ~ H
O
Hc
H
铁磁质中 B 和 r 随 H 的变化曲线
铁磁质的主要特点可归纳为：(1) 相对磁导率高（几 百到一兆）；(2) 磁化曲线的非线性；(3) 磁滞。
2.铁磁质的应用
(1)利用铁磁质的非线性可制作铁磁功率放大器，铁 磁稳压器，铁磁倍频器，铁磁无触点开关等。
(2) 制造永磁铁──磁滞回线宽、剩磁大、矫顽力 大的材料—硬磁性材料。
所以 I M dl
L
对比 q P dS
s
§9-2 磁介质中的磁场
（ Magnetic Field in Medium）
一、磁场强度 H, 磁介质中的安培环路定理
有磁介质时，I
I0
I
(
I0
是传导电流，I 是磁化电流）
B dl 0I 0(I0 I) 0(I0 M dl )
LL
dl SB
A
C
dl (a)
(b) n
前二种 (A)(B) 对 I 无贡献，只有 (C) 对 I 有贡献。
以 S在0为边底界面线，L作上斜任圆取柱一体线，元其体d积l，为以：ddV l为S轴0 线dl。，
凡中心在圆柱体内的分子电流都被
为
nS0
dl
，贡献为
dI ImnS0
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
B
S N
磁通势
l Rm ; s
I
磁阻
Rm ; s m m Rm Rm
l 与电阻公式( R ) 对比: s s
l
Rm的由来
磁力线沿铁走,也可以解释为: 铁的磁阻率<<空气磁阻率
线度: m m至 m 原子数:1012~1015
磁畴
(二)用磁畴理论解释铁磁质的磁化 ①未磁化前
用晶粒 结构、 磁畴体 积和磁 化方向 解释
②起始磁化:线性→非线性→饱和 ③剩磁和矫顽力
④磁滞损耗
⑤消磁方法:震动,加热,交流电
四.铁磁质的分类及其应用
(一)软磁材料
纯铁,硅钢,坡莫合金(铁78%+镍22%)等
介质分子的磁矩 pm ( L S I )
等效为分子电流 (molecular current)
pm
.
B 9.27 10 24 Am 2 e s S me
原子核磁矩数值约为电子磁矩的 千分之一，在研究介质磁性时， 可以不予考虑。
特征: 磁滞回线“瘦”；用途:交变电磁场中
(二)硬磁材料
铁、钴、镍的合金等 特征: 磁滞回线“胖”；用途:制造永磁体
(三)矩磁材料
硬磁材料中的特例. 特征: 磁滞回线“矩形状”；用途:制造存储元 件
[例1]一均匀密绕细螺绕环,n = 103 匝/米, 4 I=2安, 充满 = 5 10 - 特· 米/安 的磁介质. 求:磁介质内的 H和 B .
n ( B2 B1 ) 0 ; n ( H 2 H 1 ) j线 ;
若j 线 0, 则 : 切向分量 法向分量 B 不连续 连续 连续 H 不连续
B1 n1 S S B ds 1 S ( B1 n1 B2 n2 ) 2 n 2 B2 S ( B2 B1 ) n 0 n H1 L H d l 1 l l ( H 2 sin 2 H 1 sin 1 )
398 此磁介质是铁磁质; 【解】 r 0
取环路L如图,在L上各点: ① H , B, M 沿切向; ② H大小相等.
应用 H 的环路定理
L H d l H 2 r 2 r n I ; B 0 r H B 0 r nI r B0 H nI
0
§5.2 有磁介质存在时的磁场 一.磁场强度(magenetic intensity)
(一)定义:
H
B
0
M
单位 : A / m
实验结论：M m H
相对磁导率 r :
介质结构决定的无量纲 . 数
(二)对各向同性均匀线性磁介质:
H
1 B ; 1 m r 1 m 0 B 0 r H H
B (T )
二.铁磁质的磁化特性
(一) B-H 非线性:线性→非线性→饱和
μr非常数: (~)1→↑↑>>1,最大值↓→~1 (二) r 1 : B B0 , B // B0 且B B0
10 ~ 10 倍
2 4
o r
o
H ( A / m)
H ( A / m)
起始磁化曲线
存在剩磁现象 存在“居里点”温度Tc: T↑→M↓; T>Tc→失去铁磁性; (铁:Tc=767 oC;镍:Tc=357 oC) 可用幅值递减的高频磁场去磁
●
三.铁磁质的磁化机制
(一)磁畴(magnetic domain)理论:
铁磁质特殊 的微观结构
为什么铁磁质有这么大的磁性? 用量子力学理论解释 原子间“电子 自旋相互作用” 一定区域电子的磁 矩自发地取向一致 形成许多自发均 匀磁化的小区域
1
B1 B线在界面上的折射( j线 0 ) 1 1.边界两侧 B 线条数相等; H线条数相等? 2 2.在界面上 B 线发生折射; B2 ( B / ) sin ( B / ) sin tan 1 r 1 n 本次作业： B cos B cos tan 2 r 2 5.6 , 5.7 ,
铁磁质作铁心可 以大大加强磁场
【解】（1）应用 H 的环路定理 L H dl 2rH I
[例2]同轴电缆的芯是半径为R的导体圆柱，有电流强度I均匀流过 芯截面，并沿导电外壁流回。设芯和外壁间是磁导率为μ 的均匀磁 介质，求（1）磁介质中的磁感应强度和磁化强度矢量；（2）紧贴 芯导体的磁介质中的磁化电流。
思考： 如何求磁介质内各点的总磁场 B B0 B ? j , j线 ? B? M ? B ?
引入一个辅助矢量!!
比如：如何用环路定理求磁介质内的磁场 ?
I L B dl 0 (I m ); S j ds L M dl ; B L ( M ) dl I
磁介质被磁化的程度↑
单位: A / m, [ M ] [ j线 ] 2.磁化强度M与磁化电流的关系 设由于磁化而与 d l 套连的分子电流为 dI ,则
宏观小微观大 的体积元 V
B0
a
dI i n (a dl ) M dl
与闭合回路L所套连的磁化电流为
第五章 有磁介质存在时的磁场
概述 磁介质
(有分子原子 结构的实物)
电子绕轨有磁矩 电子自旋有磁矩 核子运动有磁矩
B0
磁矩受到磁力矩
M pm B0
磁矩无序变有序
有序→ 产生附加场 B
介质内磁场重分布: B B0 B
导出介质中安培环路定理和高斯定理
L
I L M dl S ( M ) ds
dl
i
M
B0
磁介质内部磁化体电流的面密度为 j M 磁介质表面磁化面电流的线密度为 j线 M n
S : 以L为边界所张的任意曲面且成右手系
对各向同性 均匀线性磁 介质: j 0.
I m L
I M dl L ( r 1 ) e dl ( r 1 )I 2R
[例3]简单磁路(magnetic circuit)
l H d l NI ; Hl H NI ;
NI m m l NI ; m l /( s ) /( s ) s s
.
.
磁矩
二.磁介质的磁化(magnetization) (一)顺磁质 pm ( L S I ) 0
无外磁场时 有外磁场时
分子固有磁矩
分子 热运动 磁矩 乱取向
铝,锰,氧等
不 M p B B0
m
完 全
pm 转向B0
对外无磁性
磁介质磁化 的微观解释
§5.1 磁介质(magnetic medium) 一.磁介质内分子的磁矩
介质 分子 原子 …
电子:
轨道磁矩 自旋磁矩 核: 核磁矩
波尔磁子 :
L r me v L me vr me 2rf r 2 2me fr IS efr 2 ( e / 2me ) L
B I M H ( r 1 )H ( r 1 ) e 0 2r
（2）紧靠芯导体表面的磁化强度矢量
I I H e B H e 2r 2r
I M ( r 1 ) e 2R
包围芯导体介质面上的总磁化电流
抗磁质 r ( )1 顺磁质 r ( )1 . 铁磁质 r 1 . *超导体 r 0 .
有极分子电介质 n ( E E ) 0 2 1 无极分子电介质
本次作业： 5.11 , 5.12
n ( H 2 H1 ) 0 n ( D2 D1 ) 0 n ( B2 B1 ) 0
铜,银,氢等
抗磁质内磁场减弱,抗磁质被磁铁所排斥
(三)磁化强度矢量(magnetization intensity vector)
每个分子的磁矩
pm pm
↑
1.定义: M lim( ( pm pm ) / V ) V 0
对所有分子,磁矩排列的有序度 ↑
B
L B L
单电子 L的进动
L
L // L进
L进 // B0
pm ( L S I ) B pm // B0
0
分子感应磁矩
B B0 B B0
产生I , B // B0
磁介质与电介质的规律、公式对照表 pe , P , P , pm , M , j M , 磁介质 电介质 P n, r j线 M n , r (有分子原子 (绝缘体) 结构的实物) E E 0 E , D B B0 B, H
E 0 极化 D 0 E P, P 0 ( r 1) E , D D 0 r E , E E0 / r . E 0
B0
磁化
H j
B 0
H (B / 0 ) M , M [( r 1) / r ] ( B / 0 ), H B / 0 r , B rB 0.