磁场中的磁介质课件.ppt

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1、一、磁介质对磁场的影响静电场中的电介质因极化而产生极化电荷和附加场，且在介质内，附加场总是削弱原场的。NS§11.1磁介质对磁场的影响类似电介质的讨论，从物质电结构来说明磁性的起源。与此类似，静磁场中的磁介质因磁化而产生磁化电流和附加磁场，但附加磁场并不总是削弱原磁场。磁介质内的总场为原场与附加磁场的矢量和。1.相对磁导率mr——磁场中一切物质的统称。2.磁介质的分类顺磁质：B'与Bo同向，μr≥1，B≥Bo。如金属铝、锰、铬等。抗磁质：B'与Bo反向，μr≤1，B≤Bo。如金属金、银、铜等。铁磁质：B'与Bo同向，μr>>1，B>>Bo。如金属、铁、钴、

2、镍等。顺磁质和抗磁质的磁性很弱，统称弱磁质；铁磁质的磁性很强，且具有非线性和磁滞特性。均匀非铁磁介质磁化后，介质中的磁感应强度为真空中的磁感应强的r倍(可用均匀介质充满长直螺线管证明，略）。任何物质皆由原子或分子构成。原子（分子）中的电子同时参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。二、介质的磁化分子磁矩在外磁场中的行为决定了磁介质的特性。分子电流——分子中所有电子对外产生的磁效应的总和可用一用等效的分子电流的磁效应来表示分子磁矩——分子固有磁矩m，描述分子电流的磁效应。分子磁矩的方向与电子运动的角速度方向相反。电子轨道运动周期等效圆

3、电流为分子轨道磁矩分子磁矩应是分子中所有电子轨道和自旋磁矩的矢量和。分子磁矩在外磁场中受到磁力矩作用，使它向磁场方向偏转。注意：三、顺磁质和抗磁质的磁化机理顺磁质和抗磁质的磁化可用Ampere分子电流假说解释，而铁磁质的磁化很复杂，后面我们将用磁畴的概念解释。1.顺磁质的磁化机理——顺磁性顺磁质内的磁感应强度为：无外磁场时，顺磁质中的每个分子虽然具有磁矩m≠0，但由于分子热运动而使其取向无规则，物质分子的总分子磁矩m=0，物质对外不显磁性。有外磁场时，各分子磁矩在外磁场力矩的作用下，向外场方向偏转取向，物质分子的总分子磁矩m=m≠0，从而产生附加磁场B

4、'。m和B'及Bo同向——顺磁性。无外场Bo时，分子的磁矩排列杂乱无章，介质内分子磁矩的矢量和m=m=0有外场Bo时，分子磁矩沿外场转向，分子磁矩的矢量和m=m≠0对各向同性（均匀）磁介质，从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向。等效对各向同性（均匀）磁介质，分子电流可等效成磁介质表面的磁化电流Is，Is产生附加磁场B'。Is⊙对各向同性（均匀）磁介质，磁化电流Is只出现在介质表面，介质内部无磁化电流。磁化电流Is可产生附加磁场B'，但无热效应，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，因此，磁化电流也

5、称为束缚电流。Is在无外磁场时，抗磁质中分子的轨道和自旋磁矩均不为零，但其和——分子磁矩为零m=0，物质不显磁性。2.抗磁质的磁化机理——抗磁性有外场时，外磁场使分子中作轨道运动的电子的角速度变化（当电子轨道运动角速度与外磁场同向时，角速度增加；当电子轨道运动角速度与外磁场反向时，角速度减小），产生一总是与外磁场B0反向的附加磁矩m≠0，从而产生与外场B0反向的附加磁场B'。角速度与外磁场同向时i产生与B0反向的附加电子磁矩m'抗磁质的总磁矩m=m'≠0与B0反向产生与B0反向的附加磁场B’'角速度与外磁场反向时，可作类似分析而得到相同的结论。超导体是

6、理想的抗磁体，具有超导性和完全抗磁性。抗磁性是一切磁介质固有的特性，它不仅存在于抗磁介质中，也存在于顺磁介质中；只不过对于顺磁介质，磁化产生的磁矩>电子附加磁矩，顺磁效应>抗磁效应。抗磁介质中电子附加磁矩起主要作用，显抗磁性。说明：由安培环路定理得：磁介质的总场传导电流磁化电流总和三、磁介质中的安培环路定理定义磁场强度：则有磁介质中的Ampere环流定理成为：即：磁场强度沿任意闭合路径的线积分（环流），等于穿过以该回路为边界的传导电流的代数和。H是为消除磁化电流的影响而引入的辅助物理量。H的环流仅与传导电流I有关,与介质无关。(当I相同时，尽管介质不同，H

7、在同一点上也不相同，然而环流却相同。因此可以用它求场量H，就象求D那样。磁场强度的单位：安培/米(A/m)说明：§11.2铁磁质在工程技术上常用的磁介质是铁磁质，如电机、变压器和电表等。铁磁质比顺磁质和抗磁质的磁性均要复杂。磁化曲线——磁介质内磁感应强度B随磁场强度H的变化关系曲线（B~H曲线）。顺磁质和抗磁质的磁化曲线为直线，即B与H成线性关系；而铁磁质则不同，具有非线性和磁滞性。Bo顺磁介质抗磁介质铁磁介质一、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10-12m3。

8、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