高校大學物理磁介質(zhì)課件

19.7物質(zhì)的磁性一、磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)分成三類:順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)。磁感應強度

磁化后的磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場,對原磁場產(chǎn)生影響。

放入磁場中能夠顯示磁性，并影響原磁場的物質(zhì)，稱為磁介質(zhì)。磁介質(zhì)19.7物質(zhì)的磁性一、磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)分成三類:2順磁質(zhì)

（鋁、氧、錳等）弱磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）強磁性物質(zhì)抗磁質(zhì)（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)2順磁質(zhì)（鋁、氧、錳等）弱磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）強磁性3電介質(zhì)放入外電場中相對介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外磁場中相對磁導率

反映磁介質(zhì)的性質(zhì)?；?電介質(zhì)放入外電場中相對介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外磁場中相對磁導率41.分子電流與分子磁矩

構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子中,每個電子繞原子核作軌道運動,具有軌道磁矩；電子本身還有自旋,具有自旋磁矩。二、順磁性和抗磁性的微觀解釋io分子電流

分子中所有電子的各種磁矩總和構(gòu)成固有磁矩：

固有磁矩可以看成由一個等效圓形分子電流i

產(chǎn)生。41.分子電流與分子磁矩構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子5

抗磁質(zhì)各電子磁矩總和,對外不顯磁性。

順磁質(zhì)各電子磁矩總和，由于熱運動，分子磁矩取向雜亂，對外不顯磁性。2.無外磁場作用時的抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)時的順磁質(zhì)5抗磁質(zhì)各電子磁矩總和,對外不顯磁性。63.有外磁場作用時的順磁質(zhì)

分子的固有磁矩受力矩的作用,趨于外磁場方向排列。但由于分子熱運動的影響,各分子固有磁矩的取向不可能完全整齊,外磁場越強,排列越整齊。

由于這種取向排列使原磁場得到加強,但這種加強很小。有外磁場63.有外磁場作用時的順磁質(zhì)分子的固有磁矩7

分子的固有磁矩為零,但在外磁場的作用下產(chǎn)生附加磁矩。I原子核電子電子軌道磁矩與外磁場方向相同

當原子中的電子在庫侖力的作用下以速度繞原子核作順時針作圓周運動時,形成電子軌道運動的磁矩。4.有外磁場作用時的抗磁質(zhì)7分子的固有磁矩為零,但在外磁場的作用8

向心力減小,則減小,軌道磁矩變小,等效為在軌道磁矩上疊加一個反方向附加磁矩。與方向相反,削弱外磁場。I原子核電子電子軌道磁矩與外磁場方向相同電子受到洛侖茲力作用與庫侖力相反,背離原子核。8向心力減小,則減小,軌道磁矩9I電子軌道磁矩與外磁場方向相反

電子受到洛侖茲力與庫侖力方向相同,在向心力增大的情況下,要維持軌道半徑不變,必然引起電子軌道運動速度增大,以致引起磁矩增加,即在軌道磁矩上疊加一個同方向的附加磁矩。與方向相反,削弱外磁場。當電子作逆時針轉(zhuǎn)動時9I電子軌道磁矩與外磁場方向相反電子受到洛侖10三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度1.磁介質(zhì)的磁化束縛電流

磁介質(zhì)磁化后,順磁質(zhì)的分子固有磁矩沿著磁場方向排列,產(chǎn)生與原磁場方向相同的附加磁場?？勾刨|(zhì)產(chǎn)生與原磁場方向相反的附加磁場。分子電流呈有規(guī)則排列在磁介質(zhì)內(nèi)部,宏觀上將在磁介質(zhì)表面形成電流。

抗磁質(zhì)順磁質(zhì)10三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度1.磁介質(zhì)11抗磁質(zhì)順磁質(zhì)束縛電流束縛電流L

宏觀上構(gòu)成沿介質(zhì)表面的等效環(huán)形電流,稱為表面束縛電流或磁化電流。11抗順束縛電流束縛電流L宏觀上構(gòu)成沿介質(zhì)表122.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度(1)有介質(zhì)時的高斯定理

束縛電流在激發(fā)磁場方面與傳導電流等效,激發(fā)的磁場都是渦旋場,存在介質(zhì)的磁場中高斯定理仍然成立:在真空中,為外磁場;在磁介質(zhì)中,是外磁場與束縛電流產(chǎn)生的附加磁場的合磁場。122.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度(1)有介質(zhì)時13

在密繞的長直螺線管中,充滿磁介質(zhì),線圈中的電流為I。取閉合回路ABCDA,求此閉合回路的磁場環(huán)流。ADCBL閉合回路所包圍的電流,包含傳導電流I

和束縛電流IS

兩項：(2)有介質(zhì)時的安培環(huán)路定理13在密繞的長直螺線管中,充滿磁介質(zhì),線14另外兩式相比代入式子得令稱為磁導率?；?4另外兩式相比代入式子得令稱為磁導率?；?5則或令則為磁場強度。將NI

寫成15則或令則為磁場強度。將NI寫成16

沿任一閉合路徑磁場強度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

由于H的環(huán)流僅與傳導電流I有關(guān),而與介質(zhì)無關(guān)，因此在有磁介質(zhì)的空間，可以用介質(zhì)中的安培環(huán)路定理來求磁場強度矢量H

,然后用H

與B的關(guān)系,求出空間磁感應強度的分布?！?6沿任一閉合路徑磁場強度的環(huán)流等于該閉合路17例1

長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì),設(shè)勵磁電流,單位長度上的匝數(shù)為n

。求:管內(nèi)的磁感應強度。解:因管外磁場為零,取安培回路L

l為ab的長度。.l17例1長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì),設(shè)勵磁電流18例2

長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1

的金屬導體,它與外壁R2

之間充滿均勻磁介質(zhì),電流從芯流過再沿外壁流回。求:介質(zhì)中磁場分布。（R1<r<R2)

沿圓切線方向。解：取安培回路18例2長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1的金屬導體,19四、鐵磁質(zhì)

鐵磁質(zhì)是另一類磁介質(zhì),在電器設(shè)備中放置鐵磁質(zhì),可以增加磁場。

鐵磁性主要來源于電子的自旋磁矩。原子間電子相互耦合作用很強,促使其自旋磁矩平行排列形成磁疇。

在無外磁場的作用下磁疇取向平均抵消,能量最低,不顯磁性。無外磁場1.磁疇19四、鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)是另一類磁介質(zhì),20

外磁場較弱時,自發(fā)磁化方向與外磁場方向相同或相近的磁疇逐漸增大,外磁場較強時,磁疇自發(fā)磁化方向作為一個整體,不同程度地轉(zhuǎn)向外磁場方向。有外磁場

當全部磁疇都沿外磁場方向時,鐵磁質(zhì)的磁化就達到飽和狀態(tài)，該值很大,這就是鐵磁質(zhì)磁性大的原因。磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測。20外磁場較弱時,自發(fā)磁化方向與外磁場方向相212.磁化曲線θ2004006008001000H/(Am-1)B/10-4TB=f(H)順磁質(zhì)的B-H曲線510150212.磁化曲線θ200400622

當外磁場由+Hm逐漸減小時,B的變化落后于H的變化的現(xiàn)象,叫做磁滯現(xiàn)象

,簡稱磁滯。

由于磁滯,H=0時,磁感強度B≠0,Br

叫做剩余磁感強度(剩磁),Hc稱為矯頑力。3.鐵磁質(zhì)的磁滯回線O磁滯回線22當外磁場由+Hm逐漸減小時,B的234.鐵磁性材料O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大。234.鐵磁性材料O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料不同24

放在勻強磁場中的鐵質(zhì)球殼截面(球殼要有一定的厚度),由于空氣的磁導率μ接近于1,而鐵殼的磁導率至少有幾千,所以空腔的磁阻比鐵殼壁的磁阻大得多.所以,外磁場的磁通量絕大部分將沿著鐵質(zhì)球殼壁內(nèi)“通過”,極少部分“進入”球內(nèi)的空間?！牌帘?。

把磁導率不同的兩種磁介質(zhì)放到磁場中,在它們的交界面上磁場要發(fā)生突變,引起了磁感應線的折射。5.磁屏蔽24放在勻強磁場中的鐵質(zhì)球殼截面(球殼要有一25磁屏蔽示意圖鐵磁性物質(zhì)空氣25磁屏蔽示意圖鐵磁性物質(zhì)空氣26例3

矩磁材料具有近矩形磁滯回線，外加磁場一超過矯頑力，磁化方向就立即翻轉(zhuǎn)。矩磁材料的用途是制作電子計算機等的存儲元件－環(huán)形磁芯，這類磁芯由矩磁鐵氧體材料制成。磁芯外直徑一般為0.8mm，內(nèi)直徑為0.5mm，高為0.3mm。若磁芯原來已被磁化，現(xiàn)需使磁芯中自內(nèi)到外的磁化方向全部翻轉(zhuǎn)，長直導線中脈沖電流im的峰值至少需多大？OHc原磁化方向26例3矩磁材料具有近矩形磁滯回線，外加磁場一超過矯頑力，27解假定磁芯中的磁力線為與磁芯共軸的同心圓，由安培環(huán)路定理OHc原磁化方向27解假定磁芯中的磁力線為與磁芯共軸的同心圓，由安培環(huán)路定289.7物質(zhì)的磁性一、磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)分成三類:順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)和鐵磁質(zhì)。磁感應強度

磁化后的磁介質(zhì)產(chǎn)生附加磁場,對原磁場產(chǎn)生影響。

放入磁場中能夠顯示磁性，并影響原磁場的物質(zhì)，稱為磁介質(zhì)。磁介質(zhì)19.7物質(zhì)的磁性一、磁介質(zhì)的分類磁介質(zhì)分成三類:29順磁質(zhì)

（鋁、氧、錳等）弱磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）強磁性物質(zhì)抗磁質(zhì)（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)2順磁質(zhì)（鋁、氧、錳等）弱磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）強磁性30電介質(zhì)放入外電場中相對介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外磁場中相對磁導率

反映磁介質(zhì)的性質(zhì)?；?電介質(zhì)放入外電場中相對介電常數(shù)磁介質(zhì)放入外磁場中相對磁導率311.分子電流與分子磁矩

構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子中,每個電子繞原子核作軌道運動,具有軌道磁矩；電子本身還有自旋,具有自旋磁矩。二、順磁性和抗磁性的微觀解釋io分子電流

分子中所有電子的各種磁矩總和構(gòu)成固有磁矩：

固有磁矩可以看成由一個等效圓形分子電流i

產(chǎn)生。41.分子電流與分子磁矩構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子32

抗磁質(zhì)各電子磁矩總和,對外不顯磁性。

順磁質(zhì)各電子磁矩總和，由于熱運動，分子磁矩取向雜亂，對外不顯磁性。2.無外磁場作用時的抗磁質(zhì)與順磁質(zhì)時的順磁質(zhì)5抗磁質(zhì)各電子磁矩總和,對外不顯磁性。333.有外磁場作用時的順磁質(zhì)

分子的固有磁矩受力矩的作用,趨于外磁場方向排列。但由于分子熱運動的影響,各分子固有磁矩的取向不可能完全整齊,外磁場越強,排列越整齊。

由于這種取向排列使原磁場得到加強,但這種加強很小。有外磁場63.有外磁場作用時的順磁質(zhì)分子的固有磁矩34

分子的固有磁矩為零,但在外磁場的作用下產(chǎn)生附加磁矩。I原子核電子電子軌道磁矩與外磁場方向相同

當原子中的電子在庫侖力的作用下以速度繞原子核作順時針作圓周運動時,形成電子軌道運動的磁矩。4.有外磁場作用時的抗磁質(zhì)7分子的固有磁矩為零,但在外磁場的作用35

向心力減小,則減小,軌道磁矩變小,等效為在軌道磁矩上疊加一個反方向附加磁矩。與方向相反,削弱外磁場。I原子核電子電子軌道磁矩與外磁場方向相同電子受到洛侖茲力作用與庫侖力相反,背離原子核。8向心力減小,則減小,軌道磁矩36I電子軌道磁矩與外磁場方向相反

電子受到洛侖茲力與庫侖力方向相同,在向心力增大的情況下,要維持軌道半徑不變,必然引起電子軌道運動速度增大,以致引起磁矩增加,即在軌道磁矩上疊加一個同方向的附加磁矩。與方向相反,削弱外磁場。當電子作逆時針轉(zhuǎn)動時9I電子軌道磁矩與外磁場方向相反電子受到洛侖37三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度1.磁介質(zhì)的磁化束縛電流

磁介質(zhì)磁化后,順磁質(zhì)的分子固有磁矩沿著磁場方向排列,產(chǎn)生與原磁場方向相同的附加磁場?？勾刨|(zhì)產(chǎn)生與原磁場方向相反的附加磁場。分子電流呈有規(guī)則排列在磁介質(zhì)內(nèi)部,宏觀上將在磁介質(zhì)表面形成電流。

抗磁質(zhì)順磁質(zhì)10三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度1.磁介質(zhì)38抗磁質(zhì)順磁質(zhì)束縛電流束縛電流L

宏觀上構(gòu)成沿介質(zhì)表面的等效環(huán)形電流,稱為表面束縛電流或磁化電流。11抗順束縛電流束縛電流L宏觀上構(gòu)成沿介質(zhì)表392.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度(1)有介質(zhì)時的高斯定理

束縛電流在激發(fā)磁場方面與傳導電流等效,激發(fā)的磁場都是渦旋場,存在介質(zhì)的磁場中高斯定理仍然成立:在真空中,為外磁場;在磁介質(zhì)中,是外磁場與束縛電流產(chǎn)生的附加磁場的合磁場。122.磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理磁場強度(1)有介質(zhì)時40

在密繞的長直螺線管中,充滿磁介質(zhì),線圈中的電流為I。取閉合回路ABCDA,求此閉合回路的磁場環(huán)流。ADCBL閉合回路所包圍的電流,包含傳導電流I

和束縛電流IS

兩項：(2)有介質(zhì)時的安培環(huán)路定理13在密繞的長直螺線管中,充滿磁介質(zhì),線41另外兩式相比代入式子得令稱為磁導率。或14另外兩式相比代入式子得令稱為磁導率?；?2則或令則為磁場強度。將NI

寫成15則或令則為磁場強度。將NI寫成43

沿任一閉合路徑磁場強度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數(shù)和。磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

由于H的環(huán)流僅與傳導電流I有關(guān),而與介質(zhì)無關(guān)，因此在有磁介質(zhì)的空間，可以用介質(zhì)中的安培環(huán)路定理來求磁場強度矢量H

,然后用H

與B的關(guān)系,求出空間磁感應強度的分布?！?6沿任一閉合路徑磁場強度的環(huán)流等于該閉合路44例1

長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì),設(shè)勵磁電流,單位長度上的匝數(shù)為n

。求:管內(nèi)的磁感應強度。解:因管外磁場為零,取安培回路L

l為ab的長度。.l17例1長直螺旋管內(nèi)充滿均勻磁介質(zhì),設(shè)勵磁電流45例2

長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1

的金屬導體,它與外壁R2

之間充滿均勻磁介質(zhì),電流從芯流過再沿外壁流回。求:介質(zhì)中磁場分布。（R1<r<R2)

沿圓切線方向。解：取安培回路18例2長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1的金屬導體,46四、鐵磁質(zhì)

鐵磁質(zhì)是另一類磁介質(zhì),在電器設(shè)備中放置鐵磁質(zhì),可以增加磁場。

鐵磁性主要來源于電子的自旋磁矩。原子間電子相互耦合作用很強,促使其自旋磁矩平行排列形成磁疇。

在無外磁場的作用下磁疇取向平均抵消,能量最低,不顯磁性。無外磁場1.磁疇19四、鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)是另一類磁介質(zhì),47

外磁場較弱時,自發(fā)磁化方向與外磁場方向相同或相近的磁疇逐漸增大,外磁場較強時,磁疇自發(fā)磁化方向作為一個整體,不同程度地轉(zhuǎn)向外磁場方向。有外磁場

當全部磁疇都沿外磁場方向時,鐵磁質(zhì)的磁化就達到飽和狀態(tài)，該值很大,這就是鐵磁質(zhì)磁性大的原因。磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測。20外磁場較弱時,自發(fā)磁化方向與外磁場方向相482.磁化曲線θ2004006008001000H/(Am-1)B/10-4TB=f(H)順磁質(zhì)的B-H曲線510150212.磁化曲線θ200400649

當外磁場由+Hm逐漸減小