第七章 磁介质(新)讲解
第七章磁介质
A D B C
Is
I
l 取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平 行与柱体轴线，长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。
B Ml M AB M d l M d l
A
M sຫໍສະໝຸດ M d l sl I s
第七章 磁介质
§7.3 磁介质中的磁场 B 0 H 0 M
M mH
B 0 (1 m ) H
B r B0 0
绝对 磁导 率
令r 1 m
相对 磁导 率
场性质的基本物理量， 才是反映磁场性质的基本物理量。 B
解：在环内任取一点，过 该点作一和环同心、半径 为r 的圆形回路。
r
H d l NI
式中 为螺绕环上线圈 N 的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感 应强度的大小相等，方向都沿切线。
第七章 磁介质
例题：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 ，环的横截面半径比环的 n r 。 平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为 和 求环内的磁场强度和磁感应强度。
r 2 式中 I 是该环路所包围的电流部分，由此得 R 2
2 1
第七章 磁介质
§7.3 磁介质中的磁场
Ir2 H＝ 2R12
由B＝ H，得
0 Ir2 B＝ 2 R12
（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是 r 3，以 r 3 为半径作一圆，根据安培环路定理 , 考虑到环路中所包 围的电流的代数和为零，所以得
磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的 面积内的总磁化电流。
医用物理学07章磁场与电磁感应
1.对于定点P,存在着一 个特殊的方向(小磁针置 于该点处,其N极的指 向 ), 当 q 沿 此 特 定 方 向 (或其反方向)运动时, 所受磁场力为零.
z y F=0
v
v
+
v
v
o
x
2.在定点 P,当电荷q 以不同于上述特定方向 的速度 v 通过该点时,它所受的磁场力方向总是 垂直于 v 与该特定方向所组成的平面. 3.当电荷速度 v 的方向与上述特定方向垂直 时,作用于电荷q的磁场力 F 的值最大,且与乘 积qv成正比.
0 I B1 dl1 - B2 dl 2 d 2π B1 dl1 B2 dl 2 0
0 I 0 I B1 ， B2 2π r1 2π r2
B1
B2
Bd l 0
L
I
d r1
dl1
dl 2
0 IR 2
2r
2R x
2
0 IR 2
2 32
B
1)若线圈有 N 匝,
2R x
2
0 IR 2
2 32
B
2)当 x = 0 时,
2R x
2
N0 IR 2
2 32
μ0 I B 2R
四. 磁感线
磁通量
磁感线的定义: (1)曲线上每一点的切线方向表示该点磁感应强 度 B 的方向. (2)通过磁场中某点垂直于 B 矢量的单位面积上 的磁感线数目(磁感线密度)等于该点 B 的大小. 性质 (1)磁感线不会相交. (2)磁感线都是围绕电流的闭合曲线(或两头伸 向无穷远). (3)曲线的疏密程度表示该点的磁感强度 B 的大 小.
高二物理竞赛磁场中的磁介质PPT(课件)
§8-8 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
一、磁化强度
反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。
磁化强度：单位体积内所有分子磁矩的矢量
和 m 加上附加磁矩的矢量和 m，称为磁化
强度，用 M表示：
M m m V
磁化强度的单位：A/ m
磁化强度：M m m V
注意：对顺磁质 对抗磁质
(3)磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映， (4)由实验，对各向同性均匀磁介质，有
磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应；
并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。
三、磁化强度与磁化电流的联系 磁化面电流密度
设无限长直螺线管中充满均匀磁介质。设圆柱体长
为 L，截面积为 S，表面的磁化电流为 I S ，单位长度
质性质有关，是无单位的纯数。
m 0,顺磁质 m 0,抗磁质
(5)由
H
B
0
M 得
B0H0M
将 M代m入H上式得：
B0H0M0H0mH
01mH
令 1m r
则有
——适用于各
B0 rHH向同性磁介质
➢对真空、 导体，磁场 ： 由 M 0 , 所 于 B 0 H ,以 m 0 ,r 1
0 电流 I 由中心导体流入，由外面圆筒流出。
顺磁质分子(类有极分子)，每个分子的分子磁矩不为零，即分子磁矩
外磁场为零，磁化强度为零。
定义磁场强B度矢量 ： H M
0
有介质存在时的安培环路定理为
LHdl I
磁场强度 H沿任一闭合回路的环流，等于闭
合回路所包围并穿过的传导电流的代数和，而在 形式上与磁介质中磁化电流无关。
2R1 抗磁质：分子磁矩为0。
磁场中的磁介质ppt
第五版
一、 H矢量的安培环路定理
几点说明
15
磁场中的介质
H dl I0
L
（1）只与传导电流有关，与束缚电流无关
（2） H 与 D 一样是辅助量，描述电磁场
ED
B H
B 0 H
9
（3）在真空中： M 0 r 1
第五版
15
磁场中的介质
当外磁场由 H m 逐渐减小时，这种 B 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， H 0 时，磁感强度 B 0 Br 叫做剩余磁感强 ， 度(剩磁).
Bm
H m Br
B
Q
P
Hm
H
O
P
'
Hc
Bm
磁滞回线 矫顽力
Hc
17
第七章 恒定磁场
r
第七章 恒定磁场
13
物理学
第五版
15
磁场中的介质
解 rd R
B H
dR
0 r I
H dl I
l
2π dH I
2π d H dl I I 0
l
r
I
2π dH 0 , H 0
d
I
B H 0
同理可求 d r , B 0
物理学
第五版
15
磁场中的介质
3 铁磁性材料 不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.
B B B
O
H
O
H
O
H
软磁材料
硬磁材料
第七章 恒定磁场
矩磁铁氧体材料
磁介质理论的两种观点及其与电介质理论的对照
学苑首页动学堂在线考场电磁课堂科教影院诺贝尔奖科技图库论文集粹物理趣史社区论坛|论坛精华|网络课堂|课堂讨论|科学影院|课件园地|科普之窗首页生命科学概论普物实验精品第一章第二章第三章第四章第五章第六章现在位置电磁学苑->电磁课堂 -> 第七章 -> 第七章学习指南ffdsfdsafdsaffffffsafsafdsaffffffdsafffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffffd第七章教学指南一、教学目标1．掌握基本概念：（电流观点与磁荷观点对照理解）磁介质（顺、抗、铁磁质），分子环流，磁荷；束缚电流，体磁荷；面磁化电流密度，磁荷面密度；分子磁矩，磁偶极矩；磁化强度，磁极化强度；磁化强度环量，磁极化强度通量；真空磁导率、相对磁导率、绝对磁导率、磁化率（磁极化率）；磁化场，磁极化场；退磁化场，退磁化场。
2．理解介质的磁化规律，并与电介质的极化对照3．掌握介质中的高斯定理、安培环路定理，并与电介质的对照4．理解铁磁质的磁化规律及磁滞回线，并与一般介质的磁化规律对照5．掌握简单磁路的串、并联计算，并与电路计算对照6．掌握磁场的能量和能量密度二、本章重点介质的磁化规律、介质中的高斯定理和安培环路定理、铁磁质的磁化规律及磁滞回线、简单磁路计算、磁场的能量和能量密度三、本章内容1．磁介质(1).磁介质的一般分类磁介质：电介质：(2).超导体的抗磁性：在外磁场中B内→0，，，成完全抗磁体。
2．介质的磁化规律(1).磁介质与电介质中两组场量关系的对照电场：磁场：(2).磁介质理论的两种观点及其与电介质理论的对照物理量及规律分子电流观点磁荷观点电介质微观模型分子环流i分子磁矩磁荷磁偶极矩电荷电偶极矩磁化、极化的程度磁化极化后的关系及相关公式宏观效果与平行的界面上出现束缚电流与垂直的界面上出现非自由磁荷与垂直的界面上出现束缚电荷基本场量磁感应强度用电流元受力来定义磁场强应用点磁荷受力来定义（模拟）电场强度用点电荷受力来定义辅助场量磁场强应磁感应强度电位移矢量两种场量间的关系介质对场的影响磁化电流产生附加场磁荷产生附加场极化电荷产生附加场高斯定理环路定理讨算结果殊途同归—————联系磁荷观点公式→→电流观点公式磁荷观点的理论与电荷电场的理论更具有对称性3．铁磁质的磁化规律(1).铁磁质的18个基本概念铁磁质、磁化曲线、起始磁化曲线、-H曲线、磁滞效应、磁滞回线、磁饱和、剩磁、矫顽力、完全退磁曲线、磁畴、居里点、硬磁材料、软磁材料、矩磁材料、永磁体、铁电体、电畴。
第七章磁介质
1 M
m B 0 1 m
1 m r
M m H (r 1)H
式中
m 称为介质的磁化率，它是一个与磁场无关的常量，仅取
第七章 —— 磁介质
1
学习重点
1、介质中磁场的安培环路定理 2、介质中的电磁场的能量密度与能流密度
学习难点
1、磁化电流的面密度与体密度 2、铁磁性
第七章 —— 磁介质 2
本章的基本内容及思路
本章主要讲两个问题，一是介绍磁介质的性质，二是讨论磁
介质与磁场的相互作用规律。磁介质指的是放入磁场后会受到磁场 的影响，反过来又会影响磁场分布的物质。从这个意义上说，所有 实物质都可以说是磁介质，只不过不同物质受磁场影响和对磁场影 响有所不同。本章首先从实验事实出发，对磁介质进行分类，定性
磁介质的磁化程度M取决于组成磁介质的每个分子磁矩Pm的大小
以及它们排列整齐的程度，用磁化强度来描写介质磁化程度，磁化强
度定义为单位体积内各分子磁矩的矢量和，即 ： Pmi M V 上式中，分子为V内所有各分子的磁矩的矢量和，V为物理无限小 体积元。
2、磁化电流
磁介质在外磁场的作用下，介质被磁化，在介质内或介质表面出 现磁化电流，它是由束缚在原子内的电荷形成的，也称为束缚电流。
第七章 磁介质
学习目标
1、了解顺磁质，抗磁质及铁磁质的特点及其微观解释。
2、领会磁化强度，磁化电流的概念，明确M 、B、H三个
矢量的联系。 3、熟练运用有介质存在时的安培环路定理计算一些特殊 电流分布所产生的磁场。 4、了解磁路定理，会运用它对简单磁路进行计算。
5、掌握介质中电磁场的能量密度与能流密度表达式。
磁场中磁介质.ppt
铁磁质的特性
1. 磁导率μ不是一个常量，它的值不仅决定于原线 圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。 B 和H 不是线性关系。
2. 有很大的磁导率。 放入线圈中时可以使磁场增强102 ~ 104倍。
3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。
4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。
三 铁磁质的应用 (1)软磁材料
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
L
dl
H 2r
NI
H NI nI
r
2r
O
B H 0r H
例2 一无限长载流圆柱体，通有电流I ，设电流 I
均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为μ，柱
外为真空。
求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。
静磁场（稳恒磁场）
BH
S B dS 0
L H dl I0 B H
12-3 铁磁质 一 铁磁质的磁化规律
电流表
A
测量H
换 向 开 关
测量磁滞回线的实验装置
测量B 的探头 螺绕环 （霍尔元件）
铁环 狭缝
0 5 10 15 20
磁强计
电阻
A
1、磁化曲线
I
解： r R
LH dl H 2r I
r2 R2 I
Ir
Ir
H 2R2 B 2R2
R
I
0
H
r
r R H2r I
H I B 0I
2r
2r
I R
0
r
H
B
磁学》；（复旦大学）贾起民《电磁学》。目的与要求：
一、磁性的起因：
磁性起源于磁铁两极的磁荷。出发点是 qm ，
* 是从研究永磁体磁性总结出来的。
二、基本知识：
1、磁库仑定律： Fm
=
K
qm1qm2 r2
2、磁场强度： H ≡ F m qm
3、 H 的基本性质，（无自由电流，仅是 qm 的场）
∫L M idl = 0
∫L Eidl = 0
对比
74
∫∫ H id S = qm
（1）磁畴的变化分为而步：①扩张与压缩， Pi 同 B外 同向扩张，逆向收缩（顺着昌逆者亡）。
②取向变化： B外 大时发生取向变化。
（2）饱和：当 M 达到最大值时即饱和。
73
B外 = 0
B外 ≠ 0
→ 增大
M max
(∵ B = B0 + B′
B0 ↑ B ↓ 但 B′ 不变）
（3）磁滞：磁畴变化的不可逆性。
这些区域称为“磁畴”
1、磁畴：自发磁化的小区域。大小不等、形状各异。 ΔV 10−15 m3 含1012 −1015 原子，标志：用
磁矩 Pi 表示。
Pi 由电子自旋磁矩产生的，与轨道运动无关。
∑ 2、磁化 ： B外 = 0 ΔV 内 P = 0 ，不显磁性。 i ∑ P = 0 时 (H ≠ 0) i
用安培分子电流理论来解释。 分子电流： 每个分子等效一个圆电流
2、磁化强度定义；
∑ pmi
M= i ΔV
是表示磁介质被磁化程度的物理量；
是一个宏观空间矢量点函数；
M 处处相同时，为均匀磁化。
3、磁化强度和磁感应强度的关系：
M = gB
g = χm μ0 (1+ χm )
χm 介质的磁化率
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。
章磁介质PPT学习教案
1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的
大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的
磁感强度.
解 对称性分析
rdR 2π dH I
l
H
dl H
I I
2π d
I
r
d
I
R
B H 0r I
2π d
r
第25页/共30页
I
r
d
I
R
r
r d R B 0rI
2π d
d R H dl I I 0 l 2π dH 0, H 0 B H 0
第10页/共30页
分子电流 分子中所有电子的运动形成分子电流可 看成是一通电小圆线圈称为分子电流
I
m 磁偶极矩
磁偶极子
m ISen
磁介质分子的模型 用磁偶极子表示
pe + l
pe q l
电介质分子模型 用电偶极子表示
第11页/共30页
磁介质可看成是由许许多多磁偶极子组成
磁偶极子
I m
第12页/共30页
章磁介质
会计学
1
上一章我们讨论了真空情况下的磁现象，本章 将讨论物质对磁场的影响.
磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质 磁 化：磁场对磁场中的物质的作用称为磁化
磁介质的范围比电介质广，但大多数物质的磁 性都很弱， 只有少数物质有很强的磁性.
本章将用讨论电介质的方法，研究磁介质对 磁场的影响.
同理可求 d r , B 0
第26页/共30页
1. 长直电缆由一个圆柱导体和一共轴圆筒状导体 组成，两导体中有等值反向均匀电流I通过，其间
充满磁导率为 的均匀磁介质．介质中离中心轴
距离为r的某点处的
磁场强度的大小H =__I__2__r_，
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实物质都可以说是磁介质，只不过不同物质受磁场影响和对磁场影 响有所不同。本章首先从实验事实出发，对磁介质进行分类，定性
地介绍他们的一些性质以及微观解释，然后引入磁化强度矢量M来
描述磁介质的磁化状态（磁化方向和磁化程度），研究磁化电流与 磁化强度之间的关系，导出有磁介质时的安培环路定理。还特别介 绍铁磁质的一般性质，它是在实际中应用最多的一类磁介质，对它 不作过多的理论探讨。
第七章 —— 磁介质 9
I ' M dl
L
（该式推导详见教材P285~286）
即通过磁介质内任一面积S的磁化电流等于磁化强度沿该面周界C的线积 分，即磁化强度的环流。
3、磁化电流的面密度与体密度
（1）磁化电流的面密度 介质磁化后，在介质表面上和
均匀磁场
两种不同介质的交界面上，都会有
第七章 —— 磁介质 5
顺磁质和抗磁质的磁化机制 分子圆电流和磁矩
m
I
B B0 B
Is
B0
'
顺 磁 质 的 磁 化
无外磁场
第七章 —— 磁介质
有外磁场
6
无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 m 0 B0
抗 磁 质 的 磁 化
q F
v
' m ' m
同向时
, B0
第七章 —— 磁介质 3
一、顺磁性和抗磁性
1、顺磁性和抗磁性
在磁场的作用下能发生变化，反过来又能对磁场发生影响的物质称为 磁介质。与磁场发生相互作用强的磁介质主要是铁磁物质，与磁场发生相 互作用弱的磁介质又可分为顺磁质和抗磁质。在非均匀磁场中，被吸引至 磁场较强区域的磁性物质称为顺磁质（如钠，铝，锰，铬，硫酸铜，氧及 空气等）；被斥离磁场较强区域的磁性物质称为抗磁质（如铜，铅，铋，
对于各向同性的线性的磁介质，磁化强度M、磁感强度B和磁场强 度H的关系分别为：
m M B 0 1 m
4、磁介质内的磁感应强度
（1）有磁介质时的总场是：B Bo B
在介质均匀充满磁 场的情况下
传导电流产生 与介质有关的电流产生
B r B0
介质的相对磁导率
r 1 r 1 r >>1
顺磁质 抗磁质
铁磁质
第七章 —— 磁介质
12
（2）磁化强度与磁感强度和磁场强度的关系
面分布的磁化电流。磁化电流的面 密度为：
B pm
螺线管截面
I
' (M 2 M1 ) en
或 ' M 2t M1t
第七章 —— 磁介质 10
即磁化强度沿界面上任一切线方向的分量之差等于磁化电流密度
在垂直该切线方向的分量。式中en是由介质1指向介质2的分界面的法 向单位矢量。
6、掌握介质中电磁场的能量密度与能流密度表达式。
第七章 —— 磁介质 1
学习重点
1、介质中磁场的安培环路定理
2、磁场强度
3、介质中的电磁场的能量密度与能流密度
学习难点
1、磁化电流的面密度与体密度 2、铁磁性
第七章 —— 磁介质
2
本章的基本内容及思路
本章主要讲两个问题，一是介绍磁介质的性质，二是讨论磁 介质与磁场的相互作用规律。磁介质指的是放入磁场后会受到磁场
磁介质的磁化程度M取决于组成磁介质的每个分子磁矩Pm的大小 以及它们排列整齐的程度，用磁化强度来描写介质磁化程度，磁化强 度定义为单位体积内各分子磁矩的矢量和，即 ：
M Pmi V
上式中，分子为V内所有各分子的磁矩的矢量和，V为物理无限小 体积元。
2、磁化电流
磁介质在外磁场的作用下，介质被磁化，在介质内或介质表面 出现磁化电流，它是由束缚在原子内的电荷形成的，也称为束缚电 流。磁化电流与磁化强度的关系为：
第七章 磁介质
学习目标
1、了解顺磁质，抗磁质及铁磁质的特点及其微观解释。
2、领会磁化强度，磁化电流的概念，并掌握二者关系。
3、理解引入磁场强度 H的意义，介质中磁场的基本方程的 实质，明确M 、B、H三个矢量的联系。 4、熟练运用有介质存在时的安培环路定理计算一些特殊电 流分布所产生的磁场。
5、了解磁路定理，会运用它对简单磁路进行计算。
抗磁质内磁场
B B0 B
'
7
第七章 —— 磁介质
3 分子电流观点
（1） 磁介质的磁化机理 每个分子等效一个圆电流
pm
pm pml pms
自旋角动量 对应的磁矩
0 0
顺磁质
抗磁质
轨道角动量对 应的磁矩
铁磁质
pm 0
磁畴
第七章 —— 磁介质
8
二、磁化强度和磁化电流 1、磁化强度
银，水及氮等）。
2、顺磁性和抗磁性的起源 （1）分子电流与分子磁矩
按经典理论，分子或原子中的任何一个电子都在绕核运动，同时 又有自旋运动。电子绕核作圆周运动相当于一个圆电流，具有的磁矩 称为电子磁矩。分子中所有电子的磁感应的总和可以等效为一个圆电 流，称为分子电流。
第七章 —— 磁介质 4
分子电流是一个等效圆电流，它具有的磁矩称为分子磁矩，它是由 分子内部电子磁矩叠加而成的，即：
（2）磁化电流的体密度
对于非均匀介质，其内部存在体分布的磁化电流，磁化电流体密 度为：
jM M
即磁化电流体密度等于磁化强度的旋度。 ① 对于均匀磁化的介质，M为恒矢量，磁化电流体密度为零。 ② 在均匀介质内，除了有体分布的传导电流的地方，介质内无体分 布的磁化电流，即使磁化是非均匀的。
第七章 —— 磁介质 11
（2）顺磁性的起源
mm me
顺磁性物质由具有固有磁矩（电子磁矩的合磁矩不为零）的原子或 分子组成。组成顺磁质的每个原子或分子虽然都有磁性，但由于分子的 热运动，分子固有磁矩在空间取任何方向都有相同的概率，所以，就大 量分子组成的介质而言，平均说来各分子磁矩的磁效应相互抵消，故在 宏观上介质并不显示磁性。但是，当介质处在外磁场中时，磁场对分子 磁矩有力矩作用，使分子磁矩有转向磁感强度B的方向的趋势，于是介 质呈现出宏观的磁性。 （3）抗磁性的起源 组成抗磁性物质的原子或分子没有固有磁矩，但由于原子或分子内 部的每个电子都具有电子磁矩，当介质处在外磁场中时，每个电子磁矩 都受到力矩的作用，使电子绕磁场的方向进动，产生一个与磁场方向相 反的附加分子磁矩，使介质呈现抗磁性。