高二物理競賽第11章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)課件

上章我們學(xué)習(xí)了真空中穩(wěn)恒電流激發(fā)的磁場(chǎng)及其規(guī)律。當(dāng)空間有介質(zhì)(導(dǎo)體、絕緣體)存在時(shí)，磁場(chǎng)將與介質(zhì)發(fā)生相互作用，我們把磁場(chǎng)中的介質(zhì)稱為磁介質(zhì)。磁介質(zhì)在外加磁場(chǎng)作用下自身產(chǎn)生附加磁場(chǎng)的過程稱為磁化。本章簡要介紹磁介質(zhì)的性質(zhì)、磁化的機(jī)制、以及磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理。第十一章磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)

與電介質(zhì)的情況類似，穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)因磁化而產(chǎn)生磁化電流和附加磁場(chǎng)；磁介質(zhì)內(nèi)的總場(chǎng)為原磁場(chǎng)B0與附加磁場(chǎng)B’的矢量和。一、磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響§11.1磁介質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，與之間的關(guān)系為:

稱為磁介質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)率。順磁質(zhì)：μr>1如金屬鋁、錳、鉻等?？勾刨|(zhì)：μr<1如金屬金、銀、銅等。鐵磁質(zhì)：μr>>1如金屬鐵、鈷、鎳等。弱磁性物質(zhì)強(qiáng)磁性物質(zhì)

任何物質(zhì)皆由原子或分子構(gòu)成。原子（分子）中的電子同時(shí)參與兩種運(yùn)動(dòng)：自旋及繞核的軌道運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)有軌道磁矩和自旋磁矩。二、磁介質(zhì)的磁化這就是安培提出的分子電流假設(shè)。分子電流——分子磁矩產(chǎn)生的磁效應(yīng)可以用一等效的圓電流的磁矩來表示。分子磁矩——分子所有電子的軌道磁矩與自旋磁矩的矢量和，稱為分子固有磁矩，簡稱為分子磁矩

m。分子磁矩的方向與電子運(yùn)動(dòng)的角速度方向相反。順磁質(zhì)和抗磁質(zhì)的磁化可用安培分子電流假說解釋，而鐵磁質(zhì)的磁化很復(fù)雜。1.順磁質(zhì)的磁化機(jī)理——順磁性無外場(chǎng)Bo時(shí)，分子的磁矩排列雜亂無章，介質(zhì)內(nèi)分子磁矩的矢量和m=m=0有外場(chǎng)Bo時(shí)，分子磁矩轉(zhuǎn)到與外磁場(chǎng)方向一致，分子磁矩的矢量和

m=m≠0等效對(duì)各向同性（均勻）磁介質(zhì)，磁化電流I′只出現(xiàn)在介質(zhì)表面，介質(zhì)內(nèi)部無磁化電流，且磁化電流I′不可引出，因此，磁化電流也稱為束縛電流。對(duì)各向同性（均勻）磁介質(zhì)，從導(dǎo)體橫截面看，導(dǎo)體內(nèi)部分子電流兩兩反向，相互抵消。導(dǎo)體邊緣分子電流同向?！褜?duì)各向同性（均勻）磁介質(zhì)，分子電流可等效成磁介質(zhì)表面的磁化電流I′，I′產(chǎn)生附加磁場(chǎng)B'。I′

在無外磁場(chǎng)時(shí)，抗磁質(zhì)中分子固有磁矩為零:m=0，物質(zhì)不顯磁性。2.抗磁質(zhì)的磁化機(jī)理——抗磁性有外場(chǎng)時(shí)，電子的軌道角動(dòng)量會(huì)繞著磁場(chǎng)方向旋進(jìn),形成一個(gè)電的環(huán)流,但電子帶負(fù)電,這就相當(dāng)于一個(gè)與原磁場(chǎng)方向反向的正的環(huán)流,產(chǎn)生的磁矩指向磁場(chǎng)的相反方向.有磁介質(zhì)時(shí)，安培環(huán)路定理是：磁介質(zhì)的總磁場(chǎng)傳導(dǎo)電流磁化電流總和三、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)律無磁介質(zhì)時(shí)：由于磁化電流的計(jì)算很繁，所以我們從無磁介質(zhì)時(shí)出發(fā)。定義磁場(chǎng)強(qiáng)度：磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：即：磁場(chǎng)強(qiáng)度沿任意閉合路徑的線積分（環(huán)流），等于穿過以該回路為邊界的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。

H是為消除磁化電流的影響而引入的輔助物理量。

H的環(huán)流僅與傳導(dǎo)電流I0

有關(guān),與介質(zhì)無關(guān)(當(dāng)I

相同時(shí)，盡管介質(zhì)不同，H

在同一點(diǎn)上卻相同)。因此可以先求磁場(chǎng)強(qiáng)度H，再求磁感應(yīng)強(qiáng)度B。H的單位：安培/米(A/m)

說明：例1、長直單芯電纜的芯是一根半徑為R1

的金屬導(dǎo)體，它與外壁之間充滿均勻磁介質(zhì),其相對(duì)磁導(dǎo)率為，外筒半徑為R2,電流從芯流過再沿外壁流回。求(1)導(dǎo)線內(nèi)的磁場(chǎng)分布;(2)磁介質(zhì)中磁場(chǎng)分布;(3)磁介質(zhì)外的磁場(chǎng)分布。解:(1)導(dǎo)線內(nèi)的磁場(chǎng)分布(2)磁介質(zhì)內(nèi)的磁場(chǎng)分布(3)磁介質(zhì)外的磁場(chǎng)分布電介質(zhì)中的高斯定理磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理鐵磁介質(zhì)的磁化機(jī)理——磁疇1.磁疇磁疇——鐵磁質(zhì)中因電子自旋而引起的強(qiáng)烈相互作用，在鐵磁質(zhì)內(nèi)形成磁性很強(qiáng)的小區(qū)域。磁疇的體積約為10-12m3

。

在無外磁場(chǎng)時(shí)，各磁疇排列雜亂無章，鐵磁質(zhì)不顯磁性；在外磁場(chǎng)中，各磁疇沿外場(chǎng)轉(zhuǎn)向，介質(zhì)內(nèi)部的磁場(chǎng)迅速增加，在鐵磁質(zhì)充磁過程中伴隨著發(fā)聲、發(fā)熱。1.磁場(chǎng)能量密度對(duì)長直螺線管：所有磁場(chǎng)普遍成立2.磁場(chǎng)能量對(duì)非均勻磁場(chǎng)，磁場(chǎng)能量為：積分遍及磁場(chǎng)不為零的空間。能量密度：定義為單位體積內(nèi)的磁場(chǎng)能量，即例：計(jì)算半徑為R、長為l、通有電流I、磁導(dǎo)率為的均勻載流圓柱體內(nèi)的磁場(chǎng)能量。lIRr解：由介質(zhì)中的Ampere環(huán)路定理確定圓柱體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度