大学物理第11章磁场中的磁介质课件.ppt

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1、上章我们学习了真空中稳恒电流激发的磁场及其规律。当空间有介质(导体、绝缘体)存在时，磁场将与介质发生相互作用，我们把磁场中的介质称为磁介质。磁介质在外加磁场作用下自身产生附加磁场的过程称为磁化。本章简要介绍磁介质的性质、磁化的机制、以及磁介质中的安培环路定理。第十一章磁场中的磁介质与电介质的情况类似，稳恒磁场中的磁介质因磁化而产生磁化电流和附加磁场；磁介质内的总场为原磁场B0与附加磁场B’的矢量和。一、磁介质对磁场的影响§11.1磁介质对磁场的影响但附加磁场并不总是削弱原磁场（这一点和介质的极化不同），B’的方向，随磁介质的材

2、料构成而不同。大致可以分为三类：顺磁质B'与B0同向，B>B0抗磁质B'与B0反向，B>B0，顺磁质：μr≥1如金属铝、锰、铬等。抗磁质：μr≤1如金属金、银、铜等。铁磁质：μr>>1如金属铁、钴、镍等。顺磁质和抗磁质的磁性很弱，统称弱磁质，它们的相对磁导率一般是常数；铁磁质的磁性很强，且具有非线性和磁滞特性，属于强磁场物质，常常是制作磁铁的材料，它们的相对磁导率往往是变化的。实验已经证明，均匀磁介质磁化后，磁介质中的磁感应强度与无介质时(真空中)的磁感应强度有比例关系，这就是介质的相对磁导率；

3、（可用均匀介质充满长直螺线管验证）。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magnetization这就是安培提出的分子电流假设。分子电流——分子磁矩产生的磁效应可以用一等效的圆电流的磁效应来表示。分子磁矩——分子所有轨道磁矩与自旋磁矩之和，称为分子固有磁矩，简称为分子磁矩m。分子磁矩的方向与电子运动的角速度方向相反。顺磁质和抗磁质的磁化可用安培分子电流假说解释，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

4、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'。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

5、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（电子进动）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

6、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

7、介质中电子附加磁矩起主要作用，显抗磁性。说明：磁化的宏观效果：（1）在外磁场下，总的分子磁矩不为零，m≠0；（2）介质某些表面出现磁化电流I’（束缚电流）；（3）磁化电流会产生附加的磁场B’，总的磁场B=B0+B’=urB0；有磁介质时，安培环路定理是：磁介质的总场传导电流磁化电流三、磁介质中的安培环路定理无磁介质时：根据实验规律所以由于磁化电流的计算很繁，所以我们从无磁介质时出发。定义磁场强度：则有磁介质中的安培环路定理成为：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

8、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。H的单位：安培/米(A/m)说明：例1、长直单芯电缆的芯是一根半径为R的金属导体，它与外壁之间充满均匀