大學(xué)物理磁介質(zhì)

1、磁介質(zhì)中的磁場磁介質(zhì)中的磁場7-5 7-5 磁磁介質(zhì)中的磁場介質(zhì)中的磁場 物質(zhì)的磁性來源于分子電流。分子電流等效一個(gè)圓物質(zhì)的磁性來源于分子電流。分子電流等效一個(gè)圓電流，產(chǎn)生分子電流磁矩，簡稱電流，產(chǎn)生分子電流磁矩，簡稱“分子磁矩分子磁矩”。分子磁矩分子磁矩mp1 1、磁介質(zhì)的磁化、磁介質(zhì)的磁化-rI22212rereISpm221erpm分子磁矩包含軌道磁矩和自旋磁矩。分子磁矩包含軌道磁矩和自旋磁矩。在外磁場在外磁場 作用下，分子磁矩沿外磁作用下，分子磁矩沿外磁場方向取向，產(chǎn)生附加磁場場方向取向，產(chǎn)生附加磁場 0BB磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化BBB0磁介質(zhì)中的磁場：磁介質(zhì)中的磁場： 的大小和方向

2、隨磁介質(zhì)的不同而異。的大小和方向隨磁介質(zhì)的不同而異。B2 2、三種磁介質(zhì)、三種磁介質(zhì)如如: 錳、鉻、鉑、氮錳、鉻、鉑、氮如如: 水銀、銅、硫、氫、金、銀水銀、銅、硫、氫、金、銀如如: 鐵、鎳、鈷、鐵氧體鐵、鎳、鈷、鐵氧體順磁質(zhì)順磁質(zhì) 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)rBB00BBr 與與 同方向同方向, , 使使0BB B0B0BB 與與 反方向反方向, , 使使B0B0BB 與與 同方向同方向, , 且且 使使B0B0BB 對(duì)任何均勻各向同性的磁介質(zhì)均有對(duì)任何均勻各向同性的磁介質(zhì)均有 叫磁介質(zhì)的叫磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率，隨介質(zhì)種類或狀態(tài)而異。，隨介質(zhì)種類或狀態(tài)而異。r螺線管內(nèi)螺線管內(nèi)充滿均勻磁

3、介質(zhì)后的磁場充滿均勻磁介質(zhì)后的磁場式中式中 稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率稱為磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率r0nInIBBrr00 順磁質(zhì)順磁質(zhì)1r如：鋁如：鋁0000211.r抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)1r如：銅如：銅999900.r 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)1r如：純鐵如：純鐵500200 r 真空真空1r3 3、磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理、磁介質(zhì)磁化的微觀機(jī)理 ( (簡述簡述) )抗磁質(zhì)抗磁質(zhì): 軌道磁矩和自旋磁矩相互抵消軌道磁矩和自旋磁矩相互抵消, , 分子沒有磁矩分子沒有磁矩 , , 加上外磁場時(shí)加上外磁場時(shí), , 分子產(chǎn)生感應(yīng)磁矩分子產(chǎn)生感應(yīng)磁矩 與外磁場方向相反與外磁場方向相反, , 使使合成磁場略有減弱合成磁場略有減弱. .0mpmp

4、 順磁質(zhì)順磁質(zhì) 分子固有磁矩分子固有磁矩 , , 但無但無外磁場時(shí)外磁場時(shí), , 分子磁矩取向混亂分子磁矩取向混亂, , 相互抵消相互抵消 , , 加上外磁加上外磁場場, , 分子磁矩趨向外場方向分子磁矩趨向外場方向, , 使使磁介質(zhì)中的合成磁場略有加強(qiáng)磁介質(zhì)中的合成磁場略有加強(qiáng)0mp0mp即即: 抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)分子固有磁矩等于零分子固有磁矩等于零0mp0mp無外磁場無外磁場： 鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì) (后述后述)3 3、 矢量及其環(huán)路定理矢量及其環(huán)路定理Hr以充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為以充滿相對(duì)磁導(dǎo)率為 的磁介質(zhì)的螺線管為例的磁介質(zhì)的螺線管為例, , 管內(nèi)真空管內(nèi)真空時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 . .0B0

5、B sj0BsI磁化電流面密度磁化電流面密度Babcd磁介質(zhì)磁化后表面流著一層分子面電流磁介質(zhì)磁化后表面流著一層分子面電流 , , 取積分回路取積分回路abcd如圖如圖, , 由安培環(huán)路定理由安培環(huán)路定理sj0I)(sLIIl dB000B sjBabcd0I)(sLIIl dB00磁化電流磁化電流 不易測量不易測量, ,要消去要消去sIBBB0BBB0對(duì)順磁質(zhì)對(duì)順磁質(zhì)00000nIBjBnIBs,000nIjnIBs)(即000nIjs000IabjIss00000IIIl dBL)(0Il dBL或0Il dHL0Il dBL令令 稱為稱為磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度, , 單位是單位是 A/mA/m

6、rBBH0磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理是一個(gè)輔助量是一個(gè)輔助量, ,描述磁場性質(zhì)的量是描述磁場性質(zhì)的量是 而非而非HHBH的環(huán)流只與積分回路的環(huán)流只與積分回路L L內(nèi)包圍的傳導(dǎo)電流有關(guān)內(nèi)包圍的傳導(dǎo)電流有關(guān), , 與與磁化電流無關(guān)磁化電流無關(guān). .注意注意: :例題、例題、一半徑為一半徑為 R1 的無限長圓柱形直導(dǎo)線，外面包一層半的無限長圓柱形直導(dǎo)線，外面包一層半徑為徑為 R2 ，相對(duì)磁導(dǎo)率為，相對(duì)磁導(dǎo)率為 r 的圓筒形磁介質(zhì)。通過導(dǎo)線的電的圓筒形磁介質(zhì)。通過導(dǎo)線的電流為流為 I o 。求磁介質(zhì)內(nèi)外磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。求磁介質(zhì)內(nèi)外磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布。解解:R2R1

7、Io r r2212rRIrHl dHL10Rr 212RIrH21002 RIrHB10Rr IrHl dHL2rIHBrr20021RrRrIHB2002Rr 1Rr R2R1Io r r鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)* *1 1、磁疇、磁疇 自旋磁矩在小范圍內(nèi)自發(fā)排列形成一些很小的自自旋磁矩在小范圍內(nèi)自發(fā)排列形成一些很小的自發(fā)磁化區(qū)域發(fā)磁化區(qū)域 磁疇磁疇 無外場時(shí)，磁疇取向混亂，有外場無外場時(shí)，磁疇取向混亂，有外場時(shí)，磁疇趨向外場方向，形成更大的磁時(shí)，磁疇趨向外場方向，形成更大的磁疇，大大加強(qiáng)了原來的磁場。疇，大大加強(qiáng)了原來的磁場。 鐵磁質(zhì)的磁化與溫度有關(guān)，溫度升高，磁化能力減弱，鐵磁質(zhì)的磁化與溫度有關(guān)，

8、溫度升高，磁化能力減弱，溫度達(dá)到某一值時(shí)，鐵磁性消失，介質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度達(dá)到某一值時(shí)，鐵磁性消失，介質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度叫居里點(diǎn)溫度叫居里點(diǎn)鐵的居里點(diǎn)為鐵的居里點(diǎn)為 1040 K， 鈷的居里點(diǎn)為鈷的居里點(diǎn)為 1388 K鎳的居里點(diǎn)為鎳的居里點(diǎn)為 631 K2、磁化曲線、磁化曲線 （B H曲線）曲線）鐵磁質(zhì)的鐵磁質(zhì)的 很大，且非常數(shù)，很大，且非常數(shù)， 曲線非線性曲線非線性HB r順、抗磁質(zhì)的順、抗磁質(zhì)的 是一常數(shù)，是一常數(shù)， 為一直線為一直線HBrBHBH順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)maxB鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)3 3、磁滯回線、磁滯回線 鐵磁質(zhì)在交變磁場中磁化一周，鐵磁質(zhì)在交變磁場中磁化一周，B隨隨H變化的曲線形成變化的曲線形成一閉合回線一閉合回線maxBBHocHrBB的變化落后的變化落后H的變化的變化 磁滯磁滯 剩磁剩磁rB 矯頑力矯頑力cH不同的鐵磁質(zhì)，有不同不同的鐵磁質(zhì)，有不同的磁滯回線，的磁滯回線， 不不同同crHB ,回線面積稱為磁滯損耗。回線面積稱為磁滯損耗。磁導(dǎo)率大，矯頑力小，即磁導(dǎo)率大，矯頑力小，即 小，面積細(xì)長，磁滯損小，面積細(xì)長，磁滯損耗低，適合用于制造變壓器、交流電機(jī)的鐵心耗