第八章 磁介质中的磁场及复习

加上外磁场 :各磁畴磁矩取向趋 于一致,且与外磁场方向相同, 铁磁质表现出很强的磁性。 铁磁质的磁滞及剩磁原因？
:铁磁质存在居里点原因:高温时，铁磁质中的自发磁化区域 磁畴受到剧烈的分子热运动的破坏，磁畴被瓦解 , 铁磁质的 特性消失,过渡到顺磁质.不同的铁磁质居里温度亦不同.
碰撞也会改变磁畴的有序排列，因此，永磁体切忌摔、砸， 以防退磁。 铁磁质的磁滞及剩磁原因::用于磁畴的转向需要克服阻力（ 来自磁畴间的摩擦），因此当外磁场减弱或消失时磁畴并不 按原来的变化规律退回原状，因而表现磁滞现象。当外磁场 停止作用后，磁畴的某种排列被保留下来，使得铁磁质仍能 保留磁性。 铁磁质在磁化时，磁畴中磁化方向的改变会引起介质晶格 间距的改变，从而长度和体积会发生变化，这种现象称为磁 致伸缩。
无论电子轨道运动方向如何，附加磁矩方向总是和外磁场方向相反。
的方向相反， B 与 B0 的方向相反， P m 与 B0
抗磁质磁化结果，使介质内部磁场减弱。
3、磁介质的磁化
由于顺磁质分子的固有磁矩在磁场中的取向排列或抗磁 质分子在磁场中产生感应磁矩（附加磁矩），因此在磁介质 表面出现束缚电流（磁化电流）的现象。
解：（1）r<R1 以r为半径作环路L1 有 I r2 2 L1 H1 dl H1 2r R12 r R12 I Ir 1 Ir H1 B1 1 H1 2R12 2R12
R1
R2
I
I
（2）R1<r<R2 以r为半径作环路L2 有 H 2 dl H 2 2r I
让录好音（像）的磁带通过磁头间 隙，此时磁带上磁粉的剩磁的强弱变 化将引起磁头铁芯内磁通的变化，从 而在线圈内产生同步的感应电流，再 回复声音或图象。显然放音和录音时 磁带的移动速度应相同。
SN SN SN SN SN SN SN
磁带 磁录音（像）原理
消音：在磁带通过磁头时，在磁头线圈内通以等幅振荡电 流即可。 磁头铁芯要选用软磁材料，它要求具有很少的剩磁和大的 磁导率。由于磁化曲线在弱磁场范围内有弯曲，会引起记录 失真，因此，在输入录音信号的同时输入一个等幅振荡电流， 称为偏磁电流（其频率比信号的最高频率大5-10倍）。使磁 记录的信号在磁化曲线的直线部分发生变化。
教学要求：
1. 了解磁介质的磁化及其微观解释； 2. 理解磁介质中安培环路定理的意义； 3. 了解铁磁质的一些重要特性及应用(自学)。
§8-9 磁介质的磁化
一、磁介质的影响
磁导率
磁介质放入外磁场B0中，要产生附加磁场B'，使外磁场发 生变化的现象称为磁介质的磁化。 放入磁介质后的总场为：B = B0 + B' 对无限长直螺线管，真空中管内磁场：B0 = 0 n I 当管内充满磁介质时，实验测知：B / B0 = r r 反映了磁介质被磁化后对磁场的影响程度，表征了磁介质 的性质，是一纯数。 r 称为相对磁导率。 则无限长直螺线管的总场： B = r B0 = r 0 n I = n I
磁介质存在时的安环定律： B的环流 B dl 0 (I I ) 与传导电流和磁化电流均有关 H的环流 H dl I 只与传导电流有关
传导电流 的代数和
= 0 r —— 磁导率， 的单位与 0 的相同。
当磁场充以磁介质后，求B？ 1、由磁场的对称分布，选积分回路L（使其上任一dl上的H 垂直或平行dl） 2、利用 H dl I 求得H值。 3、由 B=μH 求得B值。 另外由B的环流 B dl 0 (I I ) ，还可求得磁化(面)电流。
as
. . . . . .
磁化面电流 as
I
B0
l
分子电流
传导电流
§8 -10 磁介质中的磁场 有介质时的安环定律 磁场强度
真空中的安环定律
B0 dl 0I
B B r ∴ B0 磁场中充满均匀磁介质后有 代入上式得 r B0 B B B r dl 0 I r 0 dl I dl I B 令H 得 H dl I —— 有介质时的安环定律
L ab bc cd da ab
由有介质的安环定律 ∴H=nI
LH dl I Inl 即 Hl = I n l
即 B = μH = μ n I =μr μ0 n I
例2、磁导率为μ1的无限长圆柱体，半径为R1，通有电流I 。在它外面 有同轴圆柱面，半径为R2 ，通以相反的电流I 。二者之间充满磁导率为μ2 的均匀磁介质。求以下各处的磁感应强度B：（1）r<R1 （2）R1<r<R2 （3）r>R2
但无外场时，由于分子电流的取向在各方向几 率一样，因此对外不显磁性。 刚体的进动
四、顺磁质和抗磁质磁化的微观机理
顺磁质分子的固有磁矩不为零 Pm 0 1、顺磁质的磁化：
无外场时
加外场时
B0
无序排列而不显磁性
Pm 与
B0 的方向相同，
有外磁场时，分子磁矩要受到一个 无外磁场作用时，由于分子的热运 B 与外磁场 B0 分子固有磁矩在外场中重新取向，产生磁场 力矩的作用，这一力矩使分子磁矩 动，分子磁矩取向各不相同,整个介 同向。 转向外磁场的方向。外磁场越强， 质不显磁性。 分子磁矩排列得越整齐。
例1：无限直长螺旋管，单位长度的匝数为n ，导线中通以电流I ，管内充满相对磁导率为μr >1 的均匀磁介质。求管内磁感应强 度B。 H、 B
b c a d
解： 1、求磁介质中的磁场： 作矩形环路a b c d a 则H的环流为： H dl H dl H dl H dl H dl Hdl Hl
或（N /A2）。 由磁导率的不同可将磁介质进行分类。
的单位与 0 的相同， 即（Wb / A·m）、或 （T·m /A）、
= 0 r —— 磁导率。
二、磁介质分类(据 µ r 的不同)
B ur B0
1、顺磁质
r >1、 可见 B > B0 、B'与 B 同向。
如：锰（Mn）、铬（Cr）、 铂（Pt）、氮（N2）等。
传导电流 的代数和

其中H 称为磁场强度矢量（H为一辅助量，无实际意义）
= 0 r —— 磁导率， 的单位与 0 的相同。
若以I' 表示环路内所包围的磁化电流，则B的环流应为 一般不 B dl 0 (I I ) 知道！
总之： 真空中的安环定律
B0 dl 0I
人造铁磁质：铁氧体。
三、分子电流和分子磁矩(不做要求) 分子中电子和核的运动都能产生磁效应，分子对外界磁效 应的总和可等效为一圆电流，这一圆电流称为分子电流，其 p 磁矩称为分子磁矩，用 m 表示。 p 圆电流的磁矩为
pm ISn
m
S
I 分子电流— 分子或原子中各电子磁效应的总和等效为一 圆电流 。 p 分子磁矩— 分子电流环的磁矩 m ，为分子中各电子的轨道 磁矩和自旋磁矩的矢量和。 p 抗磁质：各电子磁矩完全抵消而不存在固有磁矩。 m 0 顺磁质：各电子磁矩不完全抵消而存在固有磁矩。 pm 0
Br b Hc c 0 f
H
2、剩磁现象 外磁场撤去 后,仍能保留部分磁性存在 的现象。
e
d
磁滞回线 Bm： 饱和磁感应强度 Br ： 剩磁 （H=0） Hc： 矫顽力 （B=0） bc段：称为退磁曲线
3 、磁滞现象 由闭合曲线看到 ， B 的变化总是落后于 H 的变化 的现象。 4、磁滞回线 铁磁质的初始磁 化、消磁、反向磁化过程构成一 图所示的闭合曲线。
三、 铁磁质的分类
据铁磁质矫顽力不同进行分类，图示三种铁磁材料的磁滞回线。
B H
B H
b）硬磁材料
2、硬磁质：矫顽力 Hc大，回线粗，剩 磁大 ，不易退磁。
如：碳钢和特种钢。
B
H
c）矩磁铁氧体材料
a）软磁材料
1 、软磁质：矫顽力 Hc 小 ， 回 线 细 窄 ， 损耗小。容易磁化 也容易退磁。
如：软铁、硅钢、玻 莫合金等。 适用于交变磁场。
2、抗磁质
r <1、 可见 B < B0 、B'与 B 反向。
如：水银（Hg）、铜（Cu）、铋（Bi）、硫（S）、氢 （H2）、银（Ag）、金（Au）、锌（Zn）、铅（Pb）等。 3、铁磁质 r >>1、 可见 B >> B0 、B'与 B 0 不仅同向而 且 B' >> B 0 。 如：天然铁磁质：铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）等。
L2
r
r
∴
2r （3）r>R2 以r为半径作环路L3 有 ∴ H3 = 0 H3 dl H3 2r I I 0
L2
H2
I
2I B2 2 H 2 2r
B3 = 0
§8-11 铁磁质
一、铁磁质 铁磁质 r >>1、 可见 B >> B0 、B'与 B 0 同向 二、磁化曲线、磁滞回线
顺磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。
Fra Baidu bibliotekB'
B0
2、抗磁质的磁化
Pm 0
以电子的轨道运动为例说明抗磁质的磁化。
B0
Pm
B0
磁力矩方向 电子磁矩
-e
电子进动转向 电子轨道运动
-e
电子轨道运动 电子磁矩
Pm
电子进动转向
电子除作轨道运动外， 还要以恒定角速度绕外 场方向作进动，进动方 向与外磁场方向成右手 螺旋关系。电子进动的 等效电流的磁矩与外磁 场反向。
r >1、 可见 B > B0 、 B'与 B 同向。 r <1、 可见 B < B0 、 B'与 B 反向。
磁介质置于B0中，激发附加B B B0 B
3、铁磁质 r >>1、 可见 B >> B0 且B' >> B 0 。
磁导率
一、磁介质的影响 磁介质放入外磁场B0中，要产生附加 磁场B'，使外磁场发生变化的现象称为磁介质的磁化。 放入磁介质后的总场为：B = B0 + B' 实验测知：B / B0 = r , r 称为相对磁导率，是一纯数。 由磁导率的不同可对磁介质进行分类。
二、磁介质分类
1、顺磁质 2、抗磁质
磁头间隙宽度：录音用一般在 1~10 m。 录放兼用一般在 3~5 m。 录音机的带速：19 cm/s ——用于音乐 9.5cm/s —— 用于背景音乐和语言。 4.8 cm/s ——主要用于长时间的讲话。 磁记录除记录音、像这种模拟记录外，还有数字记录，常 用于计算机的数据存储中。
复习
§8-9 磁介质的磁化
二、磁化曲线、磁滞回线
B
饱和磁感应强度
A
剩 磁
Hs
Bm . B r .B HC
初始磁 化曲线
.
. C
O
E.
.F
Br
矫顽力
D
HC
Hs
.
H
. Bm
磁滞回线
§8-11 铁磁质
一、铁磁质 铁磁质 r >>1、 可见 B >> B0 、B'与 B 0 同向 二、磁化曲线、磁滞回线 1、 起始磁化曲线 B 特点： •非线性（H～B） Bm a •随H变化
作业：8-2；8-4；8-6。
铁磁质的实际应用 —— 磁记录(自学) 把铁磁质材料制成粉状，用粘结剂涂敷在特制的带、圆柱、 或圆盘的表面，称为磁带、磁鼓和磁盘。 磁录音（像）原理： 信号电流 当声音或图象转化为电信号时，信 号电流的变化，使得磁头磁铁中的磁 场随之变化，录音时使磁带从磁头间 隙走过，间隙中的变化磁场将使磁带 上磁粉的磁化状态发生同步变化而被 磁头 记录下来。 放音（像）原理：
适用于作永磁体。
四、居里温度：存在一特定的临界温度，当温度在居里点以上时， 铁磁质将失去磁性而转化为顺磁质，这一临界温度称为居里点 。 五、铁磁质的微观结构、磁畴 磁畴---没有外磁场时，铁磁质中电子的自旋磁矩在小范围内 自发地平行排列，形成一个个小的自发磁化区。 无外场时 加外场 H H H
没有外磁场时,各 磁畴磁矩相互抵消 ,对外不显磁性. 铁磁质存在居里点的原因？