物理磁學第四節(jié)

物理磁學第四節(jié)第一頁，共三十四頁，2022年，8月28日一、磁介質及其分類

磁介質：放入磁場后受磁場影響（磁化）反過來又影響磁場的介質稱為“磁介質”。1、磁場會使磁介質磁化§8-7磁介質的磁化和分類分子電流：把分子或原子看作一個整體，分子或原子中各個電子對外界所產生磁效應的總和，可用一個等效的圓電流表示，統(tǒng)稱為分子電流。I分子磁矩第二頁，共三十四頁，2022年，8月28日無外磁場有外磁場磁化電流

第三頁，共三十四頁，2022年，8月28日磁化電流

磁化面電流

介質磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏觀效果是在介質橫截面邊緣出現(xiàn)環(huán)形電流，這種電流稱為磁化電流Is又叫分子面電流。第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日2、處于磁化狀態(tài)的磁介質使磁場發(fā)生變化磁介質中的總磁感應強度為：傳導電流I激發(fā)的磁場磁化電流Is激發(fā)的磁場定義：磁化電流與傳導電流的區(qū)別：（1）磁化電流是分子電流規(guī)則排列的宏觀反映，并不伴隨電荷的定向運動，不產生熱效應。而傳導電流是由大量電荷作定向運動而形成的。（2）磁化電流在磁效應方面與傳導電流相當。第五頁，共三十四頁，2022年，8月28日（1）順磁性介質：

介質磁化后呈弱磁性。附加磁場B與外場Bo同向。B>Bo,r>1（2）抗磁性介質：

介質磁化后呈弱磁性。附加磁場B與外場Bo反向。B<Bo,r<1（3）鐵磁性介質：

介質磁化后呈強磁性。附加磁場B與外場Bo同向。B>>Bo,r>>1（4）超導體(完全抗磁體）：B=0四類磁介質：第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日§8-8有磁介質時的安培環(huán)路定理磁場強度：把分子所具有的磁矩統(tǒng)稱為分子磁矩，用符號表示。1.分子磁矩2.附加磁矩：因進動而產生的等效磁矩稱為附加磁矩，用符號表示。3.磁化強度（）反映磁介質磁化程度(大小與方向)的物理量。磁化強度：單位體積內所有分子固有磁矩的矢量和

加上附加磁矩的矢量和，稱為磁化強度，用表示。一、基本概念第七頁，共三十四頁，2022年，8月28日均勻磁化非均勻磁化磁化強度的單位：

注意：對順磁質，可以忽略；對抗磁質，對于真空，。外磁場為零，磁化強度為零。外磁場不為零:順磁質抗磁質第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日二、磁化電流（Is）的大小設介質表面沿軸線方向單位長度上的磁化電流為（磁化面電流的線密度），則長為l的一段介質上的磁化電流強度IS為總磁矩磁化強度第九頁，共三十四頁，2022年，8月28日取一長方形閉合回路ABCD，AB邊在磁介質內部，平行與柱體軸線，長度為l，而BC、AD兩邊則垂直于柱面。

磁化強度對閉合回路的線積分等于通過回路所包圍的面積內的總磁化電流。第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日三、有磁介質存在時的安培環(huán)路定理有介質存在時的高斯定理磁介質磁化磁化電流附加磁場作用疊加磁感應線均為閉合曲線，都屬于渦旋場高斯定理仍然成立：——普遍適用第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日有介質存在時的安培環(huán)路定理外磁場由傳導電流產生，且磁場中有磁介質時，磁場中任一點的磁感應強度應為傳導電流和磁化電流共同產生。磁場中安培環(huán)路定理為改寫上式為磁感應強度沿任一閉合回路L的環(huán)流，等于穿過回路所包圍面積的傳導電流和總磁化電流的代數(shù)和的倍。第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日定義磁場強度矢量：磁場強度沿任一閉合回路的環(huán)流，等于閉合回路所包圍并穿過的傳導電流的代數(shù)和，而在形式上與磁介質中磁化電流無關。有介質存在時的安培環(huán)路定理為或第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日（2）是輔助量，決定運動電荷受力的仍為磁感應強度比例系數(shù)——磁介質的磁化率，大小僅與磁介質性質有關，是單位為1的量。（1）H單位（SI）：（4）由實驗，對各向同性均勻磁介質，有（3）此式普遍適用。表示在磁場中任一點處，三個物理量是點點對應的關系。第十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日（5）由得適用于各向同性磁介質則有令將代入上式得相對磁導率磁導率第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日對真空磁場：對各向同性不均勻磁介質：——兩者為非線性關系。對各向同性均勻磁介質：對鐵磁質：第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日磁介質中安培環(huán)路定理的應用對稱性分布的傳導電流和磁介質各向同性均勻磁介質第十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日

例一電纜由半徑為的長直導線和套在外面單位內、外半徑分別為和的同軸導體圓筒組成，其間充滿相對磁導率為的各向同性順磁質。電流I由中心導體流入，由外面圓筒流出。求磁場分布和緊貼中心導線的磁介質表面的磁化電流。

解：由對稱性分析，線和線都是在垂直于軸線的平面內，并以軸線上某點為圓心的同心圓。取距軸線距離r為半徑的圓為安培環(huán)路L，順時針繞行，則有第十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日第十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日（2）由安培環(huán)路定理得所以又第二十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日§8-9鐵磁質

鐵磁質是一種強磁質，磁化后的附加磁感應強度遠大于外磁場的磁感應強度，因此用途廣泛。鐵、鈷、鎳以及許多合金都屬于鐵磁質。本世紀初:電機制造,通訊器件50年代以后:計算機和科學技術發(fā)展用于信息的存儲和記錄（磁盤、磁帶等）

第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日一、磁化曲線和磁滯回線測量磁化曲線的實驗裝置螺繞環(huán)05101520磁強計BG鐵環(huán)狹縫測量B

的探頭（霍耳元件）電流表電阻測量H換向開關第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日1.磁化曲線B/TH(A/m)0.21.61.41.21.00.80.60.4200400600800100018765432B=B/H結論：B/TH(A/m)0BACBsOA段：B隨H線性增加AB段：B隨H急劇增加BC段：B隨H緩慢增加C以后：B=BS第二十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日2.磁滯回線AD-HcHsBsBCBr-Hs-BsEFHc-BrOA稱為起始磁化曲線Hs稱為飽和磁場強度Br稱為剩余磁感應強度Hc稱為矯頑力oBH（反映保持剩余狀態(tài)的能力）總體：B落后于H的變化第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日B和H呈非線性關系，不是一個恒量，B不能由H單值確定磁滯現(xiàn)象：B的變化落后于H的變化

能產生非常強的附加磁場B′,B′甚至是外磁場的千百倍。而且與外場同方向高值存在磁滯損耗：磁滯損耗與磁滯回線面積成正比磁致伸縮效應：鐵磁體在交變磁化磁場的作用下，它的形狀隨之改變。二、鐵磁質的特點臨界溫度：各種鐵磁質各有一臨界溫度，稱為居里點，當時，失去鐵磁性，成為順磁質。第二十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日三、鐵磁質的分類軟磁材料：磁滯回線細而窄，矯頑力小。HB

磁滯損耗小，容易磁化，容易退磁，適用于交變磁場。如制造電機，變壓器等的鐵芯。第二十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日

硬磁材料：磁滯回線較寬，剩余磁感應強度和矯頑力都比較大。HB不易退磁適合于制造永磁體第二十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日HB

矩磁材料：磁滯回線接近于矩形，剩余磁感應強度Br接近于飽和磁感應強度Bs。適合于制作記錄磁帶及計算機的記憶元件第二十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日

形成原因：相鄰鐵原子中的電子間存在著“強交換耦合作用”，此作用促使相鄰原子中電子的的自旋磁矩平行排列，形成“磁疇”。磁疇體積：10-8m3鐵磁質的臨界溫度“居里點”鐵的居里點：T=1040K鎳的居里點：T=631K。

四、鐵磁性的起因在鐵磁質中存在著自發(fā)磁化的微小區(qū)域磁疇第三十頁，共三十四頁，2022年，8月28日鐵磁性的起因第三十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日磁飽和狀態(tài)自發(fā)磁化壁移與夾角較小的磁疇擴展自己的范圍轉向壁移第三十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日磁滯現(xiàn)象：