大学物理 磁介质

B0
B
10.2.3 束缚电流(磁化电流) 分子固有磁矩等效为分子电流 以充满各向同性均匀顺磁质的
分子电流
m
无限长螺线管为例
在磁介质内部的任一处， 相邻的分子电流的方向 相反，互相抵消。 在磁介质表面处各点，分
顺 磁 质
B0
B

I
子电流未被抵消，形成束 缚电流
介质中磁场由传导和束缚电流共同产生 B B0 B
B
Bs

m
i
O
H
O
H
2. 磁滞回线
BR 剩磁
矫顽力 H C
B
R
Co
S
C
H
S
讨论
R
(1) 铁磁质的磁化过程是不可逆的 —— 磁滞现象 (2) 在磁化过程中有能量损失——磁滞损耗 (3) 铁磁质中 B H 不是线性关系 (4) 铁磁质的磁化状态与铁磁质此前的磁化历史有关
10.4.2 铁磁质的种类 B
4. 铁磁质 铁磁质的主要特征 (1)高磁导率; (2)非线性; (3) 有磁滞现象.
H dl I 传
L
用于吸吊钢带卷的起重电磁铁
（本章由田蓬勃编写制作）
使磁场大大增强
外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和 内应力的阻碍，不能恢复磁化前的状态。
磁畴的磁 化方向
本章小结
1. 磁介质的分类
顺磁质
r 1
抗磁质
r 1
铁磁质
r 1
2. 磁介质的磁化 分子的固有磁矩受力矩的作用,使分子的固有磁矩 顺磁质： 趋于外磁场方向排列。这种取向排列使得原磁场得 到加强 它的分子没有固有磁矩，附加磁矩产生附加磁场, 抗磁质： 附加磁场与外场方向相反,使得原磁场得到减弱 束缚电流： 磁介质被磁化后,在磁介质表面出现磁化电流
环中无磁介质时磁场为 B0 。
环中有磁介质时磁场为 B 。
B 相对磁导率: r B0
磁化率:
(反映磁介质对磁场的影响程度)
m r 1

磁介质的分类 顺磁质： r 1 抗磁质： r 1
B B0 增强原场 B B0 减弱原场
弱磁性物质
(过渡族元素、稀土元素、锕族元素等)
L
—— 磁场强度矢量
H dl I 传
Lห้องสมุดไป่ตู้
磁场强度矢量 H 沿所选闭合路径的线积分等于闭合路径所
包围的传导电流的代数和 —— H 的安培环路定理
例 一无限长载流直导线，其外部包围一层磁介质，相对磁 导率 r 1 求 (1) 磁介质中的磁场强度和磁感应强度 (2) 介质内表面上的束缚电流 解 (1)根据磁介质的安培环路定理
第10章 磁介质
电磁吊是工厂车间用的一种起重吊车,它的优点是不需专门 “抓物”机构,操作简便,特别适用于起吊铁屑等一类细物.
§10.1 磁介质的分类
主要内容：
1. 什么是顺磁质？ 2. 什么是抗磁质？ 3. 什么是铁磁质?

磁介质 在磁场作用下能被磁化并反过来影响磁场的物质。
实验装置（如图所示） 实验结果（线圈L1通有电流I ）：
以电子的轨道运动为例：
e B0
B0
L
B0
e
m
B0
L
m
m
m
无论电子轨道运动如何，外磁场对它的力矩总使它产 生一个与外磁场方向相反的附加磁矩。 与 方向相反 m B0
抗磁质 分子的固有磁矩为零，附加磁矩产生附加磁场,附 加磁场与外场方向相反 —— 抗磁质 顺磁质 分子的固有磁矩不为零，未加外磁场时，由于分子热 运动，各分子磁矩的取向是杂乱无章的，在宏观上并 不表现磁性;有外加磁场时，在磁力矩作用下，顺磁质 内部分子磁矩将要转向外磁场方向有序的排列起来， 这一加强外磁场的效应和与外磁场反方向的附加磁场 相比，附加磁场完全被掩盖了，因此，在顺磁质内部 外磁场被加强了——顺磁质
0 (nI S ) 0 r nI
因而 令
B dl 0 r nIab
0 r ——磁介质的磁导率 B dl I 传 B d l nIab 0 r
令
B H
H
B
L

n s
a c
L
b
B0 0 nI
螺线管内充满各向同性 均匀顺磁质时
r
B dl Bab 0 (nabI s ab) 0 (nI s )ab 0 Ii
d
B 0 (nI s )
L
相对磁导率
B 0 (nI S ) r B0 0 nI

10.2.1 原子或分子的固有磁矩 原子中电子的轨道磁矩 原子中电子的自旋磁矩
m
r
I
e
分子固有磁矩 —— 所有电子磁矩的总和。 抗磁质 分子固有磁矩为零 无外场作用时，对外不显磁性。 顺磁质 分子固有磁矩不为零 无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性。
10.2.2 磁介质在外磁场中产生的附加磁矩 m

S
B0 dS 0
S S
B dS 0
S
B d S ( B B ) dS 0 0
无论是否有磁介质存在,磁高斯定理都是普遍成立的。
10.3.2 有磁介质时的安培环路定理 以充满各向同性均匀顺磁质的长直螺线管为例 螺线管内为真空时
B
O
H
O
H
软磁材料, HC 较小 易磁化，易退磁
变压器、电机、电磁铁的铁芯
硬磁材料, HC 较大 剩磁较强，不易退磁
永久磁铁
说明 铁磁质温度高于某一温度TC 时, 铁磁质转化为顺磁质, 此临
界温度称为居里温度或居里点。
10.4.3 磁畴 在铁磁质中，相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦 合”作用，使得在没有外磁场的情况下，它们的自旋磁 矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来——磁 畴 B0 无 B0 —— 整个铁磁质的总磁矩为零 磁化方向与 B0 同向的磁畴扩大 有 B0 磁化方向转向 B0 的方向
§10.3 有磁介质时的磁高斯 定理和安培环路定理
主要内容：
1. 有磁介质时的磁高斯定理 2. 有磁介质时的安培环路定理
3. 磁场强度矢量 H
10.3.1 有磁介质时的磁高斯定理 有磁介质时的磁场由传导电流和束缚电流共同产生
B B0 B'
磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线

r H
r I (I ) ( r 1) I
r
§10.4 铁磁质
主要内容：
1. 铁磁质的磁化规律 2. 磁滞回线 3. 铁磁质的种类 4. 磁畴

铁磁质的主要特征：
(1)高磁导率；(2)非线性；(3)具有磁滞现象。
10.4.1 铁磁质的磁化规律 磁滞回线
1. 铁磁质的磁化规律
I
R1 R2
H dl H 2r I
L
I H 2r
I B 0 r H 0 r 2r
r
r H
(2)计算介质内表面上的束缚电流
L
B dl B2r 0 ( I )
I
R1 R2
B ( I ) / 2r I B 0 r H 0 r 2r I 0 r ( I ) / 2r 2r
3. 有磁介质时的磁高斯定理和安培环路定理 (1) 有磁介质时的磁高斯定理
S S
B d S ( B B ) dS 0 0
无论是否有磁介质存在,磁高斯定理都是普遍成立的 (2) 有磁介质时的安培环路定理
L
各向同性均匀磁介质中 B H H 0 r
r 1
(惰性气体、Li+ 、F- 、食盐、水等)
顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1, 即
r 1
铁磁质
r 1
(10 ~ 10 ) （通常不是常数）
强磁性物质
2
4
(铁、钴、镍及其合金等)
具有显著的增强原磁场的性质
§10.2
主要内容：
磁介质磁性的微观解释
1. 原子或分子的固有磁矩 2. 磁介质在外磁场中产生的附加磁矩 m 3. 束缚电流(磁化电流)