磁介质的特性
电磁学-磁介质
–对磁场有一定响应,并能反过来影响磁场的物质 –一般物质在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性，
即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质
• 磁化（magnetization）
–在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁 性，简称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从 而改变原来空间磁场的分布
• 顺磁质的磁化
– 分子在外磁场作用下趋向于外磁场排列 –热运动与磁场作用相抵抗
抗磁质
有外场
m分子0 m分子0
抗磁质
• 抗磁质分子的固有磁矩m分子= ml+ ms＝0 • 不存在由非零的分子固有磁矩规则取向引
起的顺磁效应。磁性来源？
• 抗磁质磁性起源于电子轨道运动在外磁场 下的变化
• 电子轨道运动为什么会变化？原因：在外 磁场下受洛伦兹力
D (1 e )0E
r (1 e )
v
vv
D r0E E
r称为相对电容率
或相对介电常量
例1 一环形螺线管，管内充满磁导率为μ，相对磁导 率为μr的顺磁质。环的横截面半径远小于环的半径。
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 dl
L
H 2r
NI
NI
r
H
nI
• 解决的办法——需要补充或附加有关磁介 质磁化性质的已知条件
• 有介质时，第四章中给出的安培环路定理
可理解为
I' M dl
总场
两边同
除以0 ，
再移项
定义： 磁场强度
B dl 0 I 0I0 I'
L
L内
B dl 0 I0 0 M dl
第九章 磁介质的电磁特性及其损耗
Ha
Bg Orl=rl
Hm
m→∞
Bm
料中通过。 根据磁场的边界条件和安培定律，与铁磁材料表 面平行、靠近铁磁材料表面空气中的磁场强度Ha
等于铁磁材料内部与表面平行的磁场强度Hm。
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
如果铁磁材料具有很高 的导磁性能，即m→，
则靠近铁磁材料表面空气
BS cos
通过任意闭合曲面的电场强度通量可以不为零，但 通过任意闭合曲面的磁通代数和恒等于零，即
B dS 0
S
返 回
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
把包围某一节点的曲面的一部分面积称为Ak面，则 流过 Ak面的磁通为：
k B dA k
A,k
取曲面上所有小块面积的磁通之和，则可得到类似
可写为：
由于气隙有磁阻，其对应的磁阻与欧姆定律类似，
g Rg hwm 0 g：空气隙的长度；h：磁材料横截面的长；
w：磁材料横截面的长宽；m0：为空气隙的磁导率
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
9.1.2.5 边界条件
磁性材料有一定的宽
度，如果气隙左右两边 磁性材料的磁导率很高， 绝大部分磁通在磁性材
而且
H J
安培环路定律 的微分形式
电流密度J的积分是电流，单位为安培。
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
磁场中任意点处磁场强度的旋度等于该点处的电流
密度。电流有多条线路，若线路的数量用N表示，
那么可以得到：
J dS N I
ak
用磁动势或MMF 表示，符号为F
物质的导磁性与磁介质的特性
物质的导磁性与磁介质的特性导磁性是物质对磁场产生相应磁化的能力，它是评估物质磁性的一个重要指标。
磁介质是一类能够被磁化并保持磁化状态的物质，它们在电磁器件和储存技术中起到重要作用。
本文将从导磁性的定义、磁介质的特性以及应用领域等方面探讨这一话题。
物质的导磁性是指物质受到磁场作用后对磁化产生的响应。
具体地说，当物质处于外部磁场中，磁场的磁感应强度与物质的磁化强度之间存在着一种相互关系。
导磁性通常用磁导率来衡量，磁导率是一个描述物质导磁性能的物理量。
在导磁性中，磁介质是一类特殊的物质，它们具有一些与常规固体不同的特性。
首先，磁介质能够被磁化并保持磁化状态，在外界磁场消失后仍能保持一定的磁化程度。
其次，磁介质具有较高的磁导率，通常远大于真空中的磁导率。
这使得磁介质在电磁器件中起到了重要的作用。
磁介质的特性主要包括磁光效应、磁滞损耗和频率响应等。
磁光效应是指磁介质在受到磁场作用时，其光学特性发生变化的现象。
这一现象可以应用于激光器、显示器等领域。
磁滞损耗是磁介质在磁场变化过程中因分子磁翻转而产生的能量损耗，它对电磁器件的性能起到了一定影响。
频率响应则是指磁介质在不同频率下对磁场的响应程度。
对于一些特定的应用，需要选择合适频率响应的磁介质来实现最佳效果。
磁介质在电磁器件和储存技术中有着广泛的应用。
以磁存储为例，我们常见的硬盘驱动器就是应用了磁介质的存储设备。
硬盘中的磁介质层负责存储和读取数据，并且具有较高的密度和稳定性。
另外，在变压器和电感器等电力设备中，我们也可以看到磁介质的应用。
磁介质能够有效地集中和传输磁场能量，提高设备的效率和性能。
总结起来，导磁性是评估物质磁性的一个重要指标，而磁介质则是一类特殊的物质，它们能够被磁化并保持磁化状态，并具有较高的磁导率。
磁介质的特性包括磁光效应、磁滞损耗和频率响应等，这些特性在不同应用领域具有重要作用。
磁介质在电磁器件和储存技术中有着广泛的应用，能够提高设备的效率和性能。
磁性21磁介质
成像技术
结合先进的成像技术，如核磁共振成像（ MRI），实现细胞和组织的高分辨率成像。
未来发展趋势预测
多功能化
开发具有多种功能的磁介质，如同时 具备药物输送、细胞标记和成像等功 能。
个性化治疗
智能化发展
结合人工智能等技术，实现对磁介质 在生物医学应用中的智能化控制和优 化。
利用磁介质的特性，实现个性化治疗 方案的制定和实施。
应用领域
广泛应用于电机、仪器仪表、医疗器 械等领域，如永磁电机、扬声器、磁 共振成像设备等。
复合磁介质材料发展趋势
高性能化
通过优化配方和工艺，提高复合磁介质 材料的磁性能、机械性能和耐温性能等
。
环保化
注重环保理念，开发低污染、低能耗 的复合磁介质材料生产工艺和技术。
多功能化
开发具有多种功能的复合磁介质材料 ，如同时具备吸波、隐身、抗电磁干 扰等功能的材料。
智能化
结合人工智能、大数据等技术手段， 实现复合磁介质材料的智能化设计、 制备和应用。
03 磁介质在电子器件中作用 与影响
电感器件工作原理及设计要点
电感器件工作原理
电感器件利用磁场能量存储与释放的原理工作。当电流通过电感线圈时，线圈周 围产生磁场，将电能转换为磁能存储起来。当电流断开时，磁场逐渐消失，磁能 又转换为电能释放出来。
探讨磁性21磁介质在环境科学领域的应用潜力，如污水处理、重金属离子吸附等。
磁性21磁介质在信息存储领域的应用创新
随着信息技术的飞速发展，研究磁性21磁介质在信息存储领域的新应用，如超高密度磁存储技术等。
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04 磁介质制备工艺与表征方 法
粉末冶金法制备工艺简介
磁介质中的电磁感应现象
磁介质中的电磁感应现象引言：电磁感应是一种广泛存在于日常生活和科学研究中的现象，而当这个现象出现在磁介质中时，我们就进入了一个新领域。
本文将探讨磁介质中的电磁感应现象，并深入了解其原理和应用。
1. 磁介质的基本概念与特性磁介质是指那些具有一定磁导率的物质，例如铁、镍、钴等。
与磁导体不同，磁介质中的磁场可以通过其分子或原子间的定向排列来存储和传导，而不仅仅是通过电荷载流子的移动。
2. 磁介质中的电磁感应原理电磁感应是一种通过磁场变化引起电场变化的现象。
在磁介质中，当外部磁场发生变化时，磁介质的磁矩将受到影响，从而引发电磁感应。
这一过程可以通过法拉第电磁感应定律来解释，即在闭合回路上产生感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。
3. 磁介质中的磁感应强度与电磁感应的关系在磁介质中，磁感应强度受到外部磁场的影响而发生变化。
当外部磁场增大时，磁感应强度也会增大，因为磁介质中的磁矩会更加定向排列。
而当外部磁场减小或消失时，磁感应强度也会相应减小或消失。
4. 磁介质中的电磁感应的应用磁介质中的电磁感应现象具有广泛的应用价值。
一种重要的应用是在电磁感应加热中，将磁介质材料放置在高频交变磁场中，利用磁介质的损耗产生热能。
这种加热方式被广泛应用于工业生产和医疗领域，例如感应加热炉和磁控医疗设备。
此外，磁介质中的电磁感应还可用于数据存储和磁性传感器等领域。
通过调整磁介质的磁感应强度，可以使存储介质具备可读可写的属性。
而在磁性传感器中，通过检测磁感应强度的变化，可以实现磁场的测量和监测等功能。
5. 磁介质中的电磁感应的挑战与未来发展尽管磁介质中的电磁感应现象在许多领域得到了广泛应用，但仍然存在一些挑战和限制。
例如，磁介质的磁导率会随着温度的增加而减小，从而影响电磁感应的效果。
此外，磁介质中的磁矩定向排列也受到材料内部缺陷和外界扰动等因素的影响。
为了克服这些挑战，科学家们正不断研究和改进磁介质材料的性能。
通过探索新的磁介质材料，优化磁导率和磁矩定向等特性，我们可以更好地利用磁介质中的电磁感应现象，并在更广泛的领域实现应用。
磁场中磁介质
磁介质的分类
顺磁性介质
抗磁性介质
铁磁性介质
反铁磁性介质
在磁场中容易被磁化的 物质，如铝、铂等。
在磁场中不容易被磁化 的物质，如铜、金等。
在磁场中极易被磁化的 物质，如铁、钴、镍等。
在磁场中具有反铁磁性 的物质，如锰、铬等。
02
磁场对磁介质的影响
磁场对磁介质的作用
磁化现象
磁场对磁介质产生作用，使其内 部磁矩定向排列，形成磁化现象。
剩余磁化强度
当磁场去除后，磁介质仍会保留一部分磁化强度， 称为剩余磁化强度。
磁介质的磁导率
相对磁导率
描述磁介质在磁场中的导磁能力与真空导磁能 力的比值。
最大磁导率
在一定磁场强度下，磁介质的磁导率达到最大 值。
温度系数
表示磁导率随温度变化的系数，某些材料的温度系数较大，对温度变化较为敏 感。
03
磁介质的性质与特点
磁滞现象
磁介质在磁化过程中会出现滞后现 象，即当磁场反向时，磁介质的磁 化强度不会立即消失，而是逐渐减 小。
磁损耗
在交变磁场中，磁介质会因为磁滞 现象和涡流效应产生能量损耗。
磁介质的磁化过程
起始磁化
磁介质在磁场中开始被磁化的过程，起始磁化曲 线通常是非线性的。
磁饱和
随着磁场强度的增加，磁介质的磁化强度逐渐达 到饱和状态，此时磁导率不再变化。
3
磁滞损耗
由于磁滞现象产生的能量损耗，通常表现为热量。
磁介质的损耗特性
介电损耗
01
由于电场作用在磁介质上产生的能量损耗，通常表现为热量。
涡流损耗
02
由于磁场变化产生的涡旋电流在磁介质中产生的能量损耗，通
常表现为热量。
磁介质的磁化特性及计算
其中 0(1 m) r0称为介质的磁导率，r 1 m 称为介质
的相对磁导率（无量纲）。
磁介质的分类
r 1
r 1 r 1
顺磁质 抗磁质 铁磁质
B
M)
J
0
定义磁场强度
H
为：H
B
M
0
, 即 B 0(H M )
则得到介质中的安培环路定理为：
C
H(r)
dl
S
J(r)
dS
磁通连续性定理为
B(r)
dS
0
S
Hale Waihona Puke H(r) J(r) B(r) 0
小结：恒定磁场是有源无旋场，磁介质中的基本方程为
（微分形式）
H(r) J(r)
B(r)
0
（积分形式）
C
H(r)
dl
S
J(r)
dS
S
B(r)
dS
0
5. 磁介质的本构关系
定，磁对化于强线度性M各和向磁同场性强介度质，H之M间与的H关之系间由存磁在介简质单的的物线理性性关质系决：
M mH
其中，m 称为介质的磁化率（也称为磁化系数）。
这种情况下
B 0(1 m)H H
磁介质的磁化特性及计算
1. 磁介质的磁化
pr m
r iS
介质中分子或原子内的电子运动形
成分子电流，形成分子磁矩
pr m
r iS
无外加磁场
无外磁场作用时，分子磁矩不规
则排列，宏观上不显磁性。
B
在外磁场作用下，分子磁矩定向 排列，宏观上显示出磁性，这种现象 称为磁介质的磁化。
外加磁场
2.
磁化强度矢量
磁介质的原理与应用
磁介质的原理与应用1. 磁介质的定义与分类磁介质是指在外加磁场作用下能够呈现磁性的材料。
根据其磁化行为，磁介质可以进一步分为两类：1.顺磁体：顺磁体是指在外加磁场作用下，磁化强度和外磁场方向相同，且呈线性增加的材料。
常见的顺磁体包括铁矿石等物质。
2.铁磁体：铁磁体是指在外加磁场作用下，磁化强度比外磁场强，且呈非线性增加的材料。
铁磁体通常由含有铁、镍、钴等元素的合金组成，如镍铁合金。
2. 磁介质的原理磁介质的磁性来源于其中的微观磁性原子或分子。
当外加磁场作用于磁介质时，磁介质内部的磁性原子或分子受到磁场力的作用而发生定向，导致磁介质整体呈现磁性。
磁介质的原理可以用以下几个关键概念来解释：•磁矩：磁介质中的微观磁性原子或分子具有自旋和轨道运动，从而产生一个经典意义上的磁矩。
磁矩是描述磁性物质受到磁场力作用时的响应。
•磁化强度：磁化强度是磁介质单位体积内部磁矩总和的大小。
在外加磁场的作用下，磁介质内部的磁矩会对齐并增加，从而使磁化强度增加。
•磁化曲线：磁化曲线是描述磁介质在外加磁场作用下磁化强度与磁场强度之间关系的曲线。
磁化曲线通常呈现S型，具有磁饱和点和磁剩余强度等特征。
3. 磁介质的应用磁介质在许多领域都有广泛的应用，包括电子技术、通信、医学等。
以下列举了一些常见的磁介质应用：•磁记录媒体：磁介质被广泛用于磁记录媒体，如硬盘、软盘、磁带等。
在磁介质上可以通过磁化的方式记录和存储信息。
•电感元件：磁介质在电感元件中起到了重要的作用。
将磁介质材料包裹在线圈中，可以增加电感器的感应电流和能量存储。
•变压器：磁介质在变压器中用于隔离电流和传递能量。
铁芯变压器通过铁磁性材料增强磁感应强度，提高能量传递效率。
•磁存储器件：磁介质在磁存储器件中扮演着重要的角色。
磁介质可以通过改变磁化状态来存储和读取信息，如磁盘驱动器和磁带。
•医学成像：磁介质在医学成像方面也有应用。
磁共振成像（MRI）技术中使用了磁介质材料来产生磁场，通过检测磁介质材料的信号来获取人体内部的影像。
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
介质中用环路定理求解的一般步骤：
H
B M
js
14.5 铁磁质
铁磁质的磁化机制 1.磁畴: 铁磁质内部存在着分区自发磁化的小区域.
2.磁化机制:无外场时,各磁畴排列无序,对外不显磁性 有外场时,各磁畴的磁矩趋于沿外磁场排列—磁化. 铁磁质的一般特性. 1.在外磁场的作用下产生的附加磁场B>>B0. 2.磁导率不是恒量,一般有 = (H) 3.外场撤除后,仍有剩磁存在. 4.居里温度:当温度超过某温度时,铁磁质变为顺磁质.
磁化曲线 对铁磁质， 随外磁场H变化而变化. 即对B = H 关系 不是常量. 因此B与H的关系非线性.
B Bm
铁磁质
•N •
M
P
•
顺磁质 抗磁质
max
i
O H
O
H
从图可见: H, B到M点; H, B到N点; 最后到饱和P点.
磁滞回线 当外场H由0增加时，磁介 质内B非线性增加到P 当H变小时,B并不原路返回 Br － H 而是沿PQP 变化. m 当H= 0时,B =Br 叫剩磁 当H反向=Hc时, B =0
R1 R2
0 r R1
Io
r
LH dl 2 rH
Ir H 2 2 R1
o Ir B o H 2 2R1
I 2 r 2 R1
R1 r R2
H dl H 2 r I
L
R2 r
o r I B o r H 2 r o I B o H 2 r
pm 0
顺磁性介质 抗磁性介质
1.顺磁质
特点：存在分子固有磁矩。
Pm
分子圆电流和磁矩
磁场中的磁介质
实验表明，铁磁质的磁化曲线都是不可逆的。即达到饱和
后，如果逐渐减小电流I，B并不沿起始磁化曲线逆向地随H的 减小而减小，而是沿下图所示中另一条曲线PQ比较缓慢地减 小。这种B的变化落后于H的变化规律称为磁滞现象（简称磁 滞）。由于磁滞的缘故，当磁场强度H减小到零时，磁感应强 度B并不等于零，而是仍有一定的数值Br，Br称为剩余磁感应 强度（简称剩磁）。这时撤去线圈，铁磁质就是一块永磁体。
物理学
磁场中的磁介质
1.1 磁介质
磁介质是指在磁场作用下，其内部状态发生变化，并反过 来影响磁场存在和分布的物质。磁介质在磁场作用下内部状态 的变化称为磁化。
磁化了的磁介质会产生附加磁场，对原磁场产生影响。磁 介质在磁感应强度为B0的外磁场中，受外磁场的作用而被磁化 产生附加磁场B'。此时，在磁介质中的磁场B是这两个磁感应 强度的矢量和，即
2．磁化曲线与磁滞回线
铁磁质的特点是：① r 1 ，可达102～105数量级；② 相 对磁导率μr和磁导率μ会随着磁场强度H的变化而变化，即磁感 应强度B与磁场强度H不成线形关系。以上这些特点可以用B-H 曲线（也称磁化曲线）来描述。
B和H的关系可用实验测定。在实验中，可得出某一铁磁质 开始的B-H曲线，称为初始磁化曲线，如下图所示。从曲线可以 看出，当外加的磁场强度H从零逐渐增大时，可以看出介质的磁 感应强度B也逐渐增加；到达点M后，H继
顺磁质在没有外磁场时，磁介质中各分子磁矩的方向是杂 乱无章的。大量分子的磁矩相互抵消，所以宏观上磁介质不显 磁性。当有外电场B0时，所有分子磁矩都受到磁场力矩的作用 ，使各分子都不同程度地沿磁场方向排列，分子电流产生了一 个沿外磁场B0方向的附加磁场B'，从而使总的磁感应强度增加 ，即磁感应强度的值为B＝B0＋B'＞B0。
6、磁介质及其磁化特性
Pm I S i lS
M M
Pm
V
i lS i lS
ABCD
____ M dl M AB
i AB
____
ABCD
I
A
M
B
C
M dl I i
L L
dI dq /(2 ) rdr , 它在O点产生的磁场为 0 dI 1 dB 0 dr , dB垂直盘面向右 2r 2
O
r+dr
R 1 1 B dB μ0 σω dr μ0 σω R 0 2 2
r
B
设q 0, 且ω方向如图 则B垂直盘面向右
D
二、有磁介质时的安培环路定理
磁场强度
L
0i
B dl o I i
L
L
M dl I i
L
Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I I I
L
i
L
i
传导电流
磁化电流
B dl o I 0 i 0 M dl
B M dl I 0 i L L 0 H称为磁场强度 B 令：H M H 的单位 ：A 0 m
∴
L L L
H dl I 0 i
L
L
有磁介质时的 安培环路定理
I 0 i j0 dS ∴ H j0 微分形式
①、顺磁质:固有分子磁矩不为零,在无外磁 场时,由于分子的热运动,这些固有磁矩的取向是 无规则的,因而在任意宏观小体积元内总磁矩仍 为零,当有外磁场时,固有磁矩将不同程度转向外 磁场方向,形成沿外磁方向取向磁化,使总磁场增 强,这就是顺磁性产生的原因。
磁介质
H d l Ic
L
Ic——穿过回路L的传导电流 (自由电流)的代数和
—— H的环路定理
§15.4 铁磁质(ferromagnetic substance) 一、铁磁质的特性 1、具有很大的μr (μr>>1)， 可达102～105. μr μr是变量，它随H而变。 μ m i ─ 起始磁导率； m ─ 最大磁导率。 μi 2、有磁化饱和及剩磁现象。 H 0 B BS H增至一定值，B=BS，不再 增加——达到饱和状态。
起始磁化曲线
0
H
BS ─ 饱和磁感应强度
达到饱和状态后，使H ，
0
当H=0时，B=Br≠0——剩 余磁感应强度（简称“剩 磁”） 3、有磁滞现象 B落后于H的变化，称 为磁滞现象。
4、都有一个临界温度——居里点 当温度高于居里点时，铁磁质→普通的顺磁质。
二、磁滞回线(B-H回线) 1、矫顽力(coercive force) 欲去掉剩磁(使B →0)，须加 反向磁化场，其场强的量值 Hc——矫顽力。 不同铁磁质磁滞回线的主要 区别就在于Hc的大小。 2、磁滞损耗(hysteresis loss) : 铁磁质反复磁化时发热而耗散的能量。 （变化的磁场产生涡电流，涡电流有热效应。） 可以证明：磁滞损耗与B-H回线包围的面积成 正比。
B0
Ic
Ic
B
μr ——相对磁导率 (relative permeability)
二、磁介质的分类 1、顺磁质： B与B0同向，因而 B B0 . r （但 1 r 1） . 如O2、N2、Al、Na等。 2、抗磁质： B与B0反向，因而 B B0 . r （但 1 r 1） . 如H2、Au、Ag、Cu等。 以上两类磁介质统称为弱磁质。 对真空， µ r= 1；对空气， µ r ≈ 1. 3、铁磁质： µ r>> 1且为变量的特殊顺磁质。 B与B0同向， B B0 . 是一种强磁质。 如Fe、Co、Ni及其合金、氧化物等。
大学物理物质磁性
电子绕原子核作轨道运动——轨道磁矩
电子有自旋
——自旋磁矩
分子磁矩 —— 所有电子磁矩的总和
分子磁矩可以用一个等效的圆电流来表示。
抗磁质 Pm 0
p m
无外场作用时，对外不显磁性
I
顺磁质 Pm 0
无外场作用时，由于热运动，对外也不显
磁性
2、磁介质的磁化
顺磁质磁化机理——来自分子的固有磁矩
无外磁场： ——未磁化状态
讨论
对于各向同性 介质，在外磁场不太强的情况下 B μ 0μ rH μ H
一定条件下，可用安培环路定理求解磁场强度， 然后再求解磁感应强度。
例 一无限长载流直导线，其外包
I
围一层磁介质,相对磁导率
R1
r 1
求 磁介质中的磁感应强度
i2 '
R2
i1'
r
解 根据磁介质的安培环路定理
LHdl H2r I
加外磁场：
分子固有磁矩受外磁场的作用
分子磁矩沿外磁场方向排列
产生附加的磁场
B0
B1'
抗磁质磁化机理 ——电子轨道在外磁场作用下发生变化
无外磁场： 分子中每个的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和 不为零， 但分子的固有磁矩等于零，所以不显磁性。
f当外场方向与P分m子(磁矩Pm方) 向相同B时0
Pm
电子轨道半径不变
10.7 物质的磁性
一、磁介质的分类
1、磁介质 能够磁化的物质称作磁介质
2、介质的磁化 电介质放入外场 E 0
磁介质放入外场 B 0
E
E0
E
'
E
E
0
B B0 B
B ' 的方向，随磁介质的不同而不同。
磁介质的原理和应用
磁介质的原理和应用1. 什么是磁介质磁介质是指在外磁场作用下发生磁化的物质。
它具有一定的磁导率，能够存储和释放磁能，并在外磁场作用下产生磁化。
磁介质种类繁多，常见的磁介质有铁氧体、软磁材料、磁性液体等。
2. 磁介质的原理磁介质的磁化是由于其中的磁性微粒在外磁场作用下重新排列而产生的。
具体来说，当外磁场作用于磁介质时，磁介质中的磁性微粒被强磁场对齐，形成磁畴，使整个磁介质呈现出宏观的磁性。
当外磁场消失时，磁介质中的磁畴会重新排列，回复到无磁化状态。
3. 磁介质的应用磁介质在许多领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：3.1 信息存储磁介质在信息存储中起着重要的作用。
磁带、硬盘等存储介质都是利用磁介质的反磁性和磁导率特性，通过对磁性微粒重新排列实现信息的存储和读取。
3.2 电磁感应磁介质可以用于电磁感应中的变压器、电感等元件。
通过在磁介质中产生磁场变化，可以引起导线中的感应电动势，从而实现能量转换或信号传输。
3.3 电磁屏蔽磁介质具有较好的导磁性能，可用于电磁屏蔽。
通过将磁介质放置在电子设备或电气线路周围，可以吸收或分散来自外界的电磁干扰，保护设备免受干扰。
3.4 磁性感应磁介质的磁性可以用于传感器、磁力计等磁性感应设备中。
利用外磁场作用下磁介质的磁化变化，可以实现对磁场强度等物理量的测量。
3.5 医学应用磁介质在医学领域也有广泛的应用。
磁共振成像（MRI）就是利用磁介质在强磁场作用下的磁化来获取人体组织结构和功能信息的先进医学检查技术。
4. 总结磁介质是一种在外磁场作用下发生磁化的物质，具有一定的磁导率。
磁介质的磁化是由于其中的磁性微粒在外磁场作用下重新排列而产生的。
磁介质在信息存储、电磁感应、电磁屏蔽、磁性感应和医学等领域有着重要的应用。
通过对磁介质的研究和应用，我们可以更好地利用磁场的特性，推动现代技术的发展。
磁介质概述
附加磁矩ΔPm。
5
P
m ,e
v
P
m ,e
dP e
T
(1)轨道磁矩为 P 的电子的进动：
P
m ,e
设电子轨道运动的磁矩为 P ，因为电 m ,e
e
子 量
带Pe负与电磁、矩所P以m,e电反子方向运（动如的图轨）道。角
动
B 0
电子的进动
在外磁场作用 下、电子受磁力矩 T P B
m,e
0
根据角动量定理，此力矩等于电子轨道角动量
3
二、弱磁物质的磁化机制
1 、 分子磁矩：
pm
i S
各个电子绕核转动的轨道圆电流－－轨道磁矩 电子绕自转轴转动的自旋圆电流－－自旋磁矩 矢量和
若把分子看成一个整体，这种分子电流具有的磁矩，称为分 子固有磁矩或称分子磁矩，用Pm表示。
顺磁物质：轨道磁矩与自旋磁矩相互加强形成分子磁矩P
抗
磁
物
质：轨道磁
ＩＳ
s
is
l
2、磁化电流与磁化强度的关系
利用充满顺磁质的长直载流螺线管可以证明，其顺磁质表
面单位长度圆形磁化电流（即磁化电流密度）Js=M、M为顺磁
质内磁化强度大小。
证明如下： 设磁介质横截面积s、长度l，介质表面单位长度
圆形磁化电流Js。则在长度l上圆形磁化电流Is=Js·l，因此在磁介
质总体积s·l上磁化电流的总磁矩为
而只有 B 0(H M ) 成立。
2、存在“磁滞现象”(如:在外场撤除后有剩磁)：
３、居里温度： 对应于每一种铁磁物质都有一个临界温度（居里点），超过
这个温度，铁磁物质就变成了顺磁物质。如铁的居里温度为 1034K。
物理学下磁介质中的安培环路定理
未来研究方向和挑战
复杂磁场下的安培环路定理研究
在实际应用中，磁场往往是非常复杂的，如何准确描述和 计算复杂磁场下的安培环路定理是一个重要的研究方向。
磁化电流的精确测量和控制
磁化电流是磁介质磁化程度的量度，如何精确测量和控制 磁化电流对于理解和应用安培环路定理具有重要意义。
新型磁材料的开发和应用
随着科技的发展，新型磁材料不断涌现，如何将这些新型磁材料应用 于安培环路定理中，发挥其独特优势，是一个具有挑战性的课题。
磁介质性质
磁介质具有磁化性，即在外磁场 作用下，磁介质内部会产生附加 磁场，使原磁场发生变化。
磁化现象与磁化强度
磁化现象
磁介质在外磁场作用下，其内部磁偶 极子会重新排列，产生附加磁场，这 种现象称为磁化。
磁化强度
磁化强度是描述磁介质磁化程度的物 理量，表示单位体积内磁偶极子的磁 矩矢量和。
分类及特点分析
磁感应强度B描述了磁场对磁介质的作用力大小，而磁场强度H则描述了磁场的源强 度。
边界条件对磁场分布影响分析
在两种不同磁介质的分界面上， 磁场的切向分量连续，即磁场线
与分界面平行。
磁场的法向分量在分界面两侧会 发生跃变，跃变的大小与两种磁
介质的磁导率差异有关。
边界条件对磁场分布的影响可以 通过麦克斯韦方程组中的边界条
变压器工作原理简述
变压器基本结构
由铁芯和线圈组成，通过电磁感应实 现电压变换。
工作原理
当原线圈中通入交流电时，会在铁芯 中产生交变磁场，进而在副线圈中感 应出电动势。安培环路定理可用于分 析变压器中的磁场分布和漏磁现象。
其他电磁设备设计优化方向
电磁铁
利用安培环路定理分析电磁铁 的磁场分布和吸力特性，优化
磁介质
影响磁场的存在或分布的媒介物。
又称磁媒质。
真空也是一种磁介质。
磁场强度与磁通密度间的关系决定于所在之处磁介质的性质。
这种性质来源于物质内分子、原子和电子的性状及其相互作用，有关理论属于固体物理学的重要内容。
在电工技术中磁介质以其磁导率来表征。
磁介质中的物理过程可按照等效的观点,用A.-M.安培提出的分子电流概念做出概略的说明。
这个过程称为磁化。
磁化磁介质中磁矩的矢量和不等于零的现象。
磁矩Pm定义为等效分子电流I┡与其包围的面积ΔS┡的乘积，即Pm＝I┡ΔS┡在磁介质中的体积元ΔV┡磁化的程度用磁化强度M 表示，其定义为磁化强度M 为一矢量,其单位在国际单位制中为安／米，与H 有相同的量纲。
M 的大小与所在之处的磁场强度H的关系可表示为M＝χmH式中χm为磁化率，它仅为一纯数量。
磁化率为正值的磁介质称为顺磁性磁介质，例如铝、钨、铂等,其χm约为10-4。
磁化率为负值的磁介质称为抗磁性磁介质，例如银、铜、锌、石墨等，其χm约为10-5。
在电工技术中，这两类物质由于其磁化对磁场的影响都十分微小，常可以忽略不计而认为它们的作用与真空相同。
另一类磁介质在没有外磁场的作用时，具有自发的磁化，在外磁场中呈现的磁化率远大于1，可以为几十、几百、甚至几千,称为铁磁性物质,例如铁、钴、镍及其合金，以及某些金属氧化物等。
它们对磁场可以有巨大影响。
铁磁性物质中的磁化过程比较复杂，决定于材料成分、晶体结构、机械应力、热力学过程等。
这类物质当其温度超过某一定值Tc时，即由铁磁性物质变为顺磁性物质，Tc即称为该铁磁物质的居里温度或居里点。
例如工程纯铁的居里温度约为770℃。
铁磁物质在不同磁场强度下的磁化特性常以其磁化曲线表示；在周期性变化的磁场强度下的磁化特性常以其磁滞回线来表示。
表示磁介质的一个重要参数是它的磁导率。
磁导率磁介质中磁通密度B与磁场强度H 之比,即式中μ为磁导率,在国际单位制中其单位为亨／米。
各向异性磁介质的磁导率为张量。
三种不同的磁介质的b-h关系曲线
一、介绍磁介质及其在电磁学中的作用磁介质是指在外加磁场作用下能够产生磁化的材料。
磁介质在电磁学中起着重要的作用，它们可以用于制造变压器、电感器、磁性存储器等电磁设备，同时也被应用于信息存储、传感器、电磁屏蔽等方面。
二、B-H关系曲线的定义B-H关系曲线也被称为磁滞回线，它表示了磁介质在外加磁场下的磁化特性。
通过测量磁介质在不同外加磁场下的磁化强度和磁场强度的关系，可以得到B-H关系曲线。
B-H关系曲线是研究磁介质特性的重要工具，可以帮助我们了解磁介质的磁化行为、磁滞损耗等性质。
三、磁介质的分类及特性1. 铁磁性材料：铁磁性材料是一类常见的磁介质，其具有明显的磁滞特性和磁饱和现象，通常用于制造变压器、电感器等电磁设备。
铁磁性材料的磁化曲线呈现明显的磁滞现象，磁化强度随着外加磁场的增大呈非线性变化。
2. 铁氧体材料：铁氧体是一类具有特殊磁性和电性能的陶瓷材料，广泛应用于电磁设备中。
其磁化曲线一般以非线性的形式呈现，具有较高的矫顽力和饱和磁感应强度。
3. 铁氧体材料：铁氧体是一类具有特殊磁性和电性能的陶瓷材料，广泛应用于电磁设备中。
其磁化曲线一般以非线性的形式呈现，具有较高的矫顽力和饱和磁感应强度。
四、三种不同磁介质的B-H关系曲线1. 铁磁性材料的B-H关系曲线：铁磁性材料的B-H关系曲线呈现明显的对称性，在磁化过程中存在明显的磁滞现象。
随着外加磁场的增大，磁化曲线逐渐变宽，磁化强度增大，最终趋于饱和。
2. 铁氧体材料的B-H关系曲线：铁氧体材料的B-H关系曲线呈现非线性的特点，表现为磁化曲线不对称，有明显的饱和磁感应强度，并且矫顽力较大。
3. 铁氧体材料的B-H关系曲线：铁氧体材料的B-H关系曲线呈现非线性的特点，表现为磁化曲线不对称，有明显的饱和磁感应强度，并且矫顽力较大。
五、不同磁介质的应用领域及发展趋势1. 铁磁性材料的应用领域主要包括电力电子器件、变压器、电感器等电磁设备，随着现代电子技术的发展，对铁磁性材料磁化特性的要求也越来越高。
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3.磁化强度
磁化强度的定义：单位体积内，所有分子磁矩的矢量和。
M = lim
△v—0 AV
磁化强度与磁场强度之间存在线性关系:
M =爲百 丫-＞磁化率
例2:某一各向同性材料的磁化率％ = 2，磁感应强度，
B = 20 yax (mWb/m2 )
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。
解：根据关系式出=1 +在得：总=1 + 2 = 3
及 以/ 。 卩=
o = 3 x4n xl —7 = 3.77 (pH/m)
材料名称 铅 水 汞 钠 钨
硅钢片 钻
磁化率為 -1.8X10-5 -0.91 X10-5 -1.4X10-5 0.62 X10-5 6.8 X10-5
7X103 2.5 X102
5.磁介质的分类
磁介质可分为： 抗磁质、顺磁质、铁磁质和亚铁磁质等。
(1)抗磁质：其磁化率扃为负，其相对磁导率略小于1。 即： 出T + Zm < 1且此-1
(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：J ^=Mxa mS n
束缚电流体密度：J =VxM
m
4.磁介质的物态方程
根据全电流定律：VX （旦）二馬+ "m +当
#0
ot
VX （互）= Jc+yxM + — #0
dt
w云,
BHo
y
dD
二丿 VX （——M）
c+
ot
磁介质中的磁场强度：H = — - M 日0
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
气=1 + Zm > 1 且 Ar 為 1
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：Ar >> 1
如：铁、镍和钻等属于铁磁质。
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。
H = - = 5.31yax (kA/m)
卩
、
、
A
M =爲H = 2H = 10.62 询(kA/m)
一
一 dM
r
Jm=N，M =--E = —10.62E (kA/m2)
Sy
Jc = VxH = -531az (kA/m2)
小结：
1. 什么是磁介质？ 2. 磁介质的磁化 3. 磁化强度应XmH 4. 磁介质的物态方程方=卩坤 B = /n^H + M} 5. 磁介质的分类 6. 剩余磁化
一些材料的相对磁导率和分类情况见教材。
ห้องสมุดไป่ตู้ 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。
已知:
已知：财=XmH
令：H = 1 + Zm
可得：E =卩0頤
磁介质的物态方程
其中：片称为相对磁导率。材料的磁导率表示为：卩=卩0出
常用材料的磁化率
材料名称 金 银 铜 镁 铝
纯铁 镣
磁化率為 -3.6X10-5 -2.6X10-5 -0.98 X10-5 1.2X10-5 2.2 X10-5
2X105 6X102
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
1.什么是磁介质？
在外磁场作用下，呈现出明显磁性的物质称为磁介 质。
小电流环的磁矩：兩=阈〃
［电子轨道磁矩 分子磁矩：电 子自旋磁矩
［原子核自旋磁矩
2.磁介质的磁化