物理下 第十一章 磁介質(zhì)

物理下第十一章磁介質(zhì)2023/7/25第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月原子中電子參與的兩種運(yùn)動：

自旋——自旋磁矩繞核的軌道運(yùn)動——軌道磁矩磁介質(zhì)的磁化分子電流和分子磁矩在外磁場中的行為固有分子磁矩分子電流向磁場方向偏轉(zhuǎn)，且按統(tǒng)計(jì)規(guī)律取向(順磁)分子磁矩在外磁場中會產(chǎn)生變化產(chǎn)生附加磁矩(抗磁)。2023/7/25第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月——電子的拉莫進(jìn)動電子磁矩受到磁力矩角動量定理1)繞磁場進(jìn)動附加一磁矩與外場反向。2)感應(yīng)磁矩：分子中所有附加磁矩的矢量和?！勾判酝獯艌雠c磁介質(zhì)相互作用，使其處于特殊狀態(tài)能產(chǎn)生新的磁矩，或者說附加的磁場,這過程為磁化。2023/7/25第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月無外磁場順磁質(zhì)的磁化有外磁場順磁質(zhì)內(nèi)磁場2023/7/25第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月無外磁場抗磁質(zhì)的磁化有外磁場抗磁質(zhì)內(nèi)磁場2023/7/25第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、磁化強(qiáng)度(magnetization)

M是描述磁介質(zhì)的宏觀量。與介質(zhì)特性、溫度與統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)。單位：安培/米(A/m)順磁質(zhì)M與B0

同向抗磁質(zhì)M與B0反向磁化的宏觀效果：

在介質(zhì)表面或內(nèi)部出現(xiàn)宏觀電流，產(chǎn)生附加磁場。2023/7/25第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁化面電流Is——在均勻外磁場中，各向同性均勻的磁介質(zhì)被磁化，沿著柱面流動未被抵消的分子電流。（也稱為束縛面電流）磁化面電流密度jS

——在垂直于電流流動方向上單位長度的分子面電流。若長l介質(zhì)表面IS，則其線密度為設(shè)介質(zhì)的截面積

S，則有：jS與M的關(guān)系2023/7/25第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月磁化強(qiáng)度的環(huán)流普遍情況下可以證明磁化電流線密度的大小等于磁化強(qiáng)度的切向分量。電介質(zhì)有以充滿介質(zhì)的螺旋管為例，選如圖回路，求環(huán)流磁化強(qiáng)度磁化電流2023/7/25第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月三、有介質(zhì)時(shí)的高斯定理和安培環(huán)路定理磁介質(zhì)中的高斯定理磁力線無頭無尾。穿過任何一閉合曲面的磁通量為零。S磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理傳導(dǎo)電流束縛電流有磁介質(zhì)的總場2023/7/25第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月定義磁場強(qiáng)度

磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理

——沿任一閉合路徑磁場強(qiáng)度的環(huán)流等于該閉合路徑所包圍的傳導(dǎo)電流的代數(shù)和。磁場強(qiáng)度H的單位：安培/米(A/m)

2023/7/25第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

之間的關(guān)系r——相對磁導(dǎo)率——磁導(dǎo)率

均為純數(shù)或張量，描述磁介質(zhì)特性的物理。各向同性實(shí)驗(yàn)證明：m—磁化率2023/7/25第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

的關(guān)系：

的關(guān)系2023/7/25第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++順磁質(zhì)抗磁質(zhì)++++++++++++2023/7/25第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月++++++++++++++++++++++++++++++++++++l2023/7/25第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例1、長直電纜由半徑為R和R0的兩金屬圓柱筒組成，筒間充滿均勻順磁介質(zhì)，電流從內(nèi)芯流過再沿外壁流回。求介質(zhì)中磁場分布及介質(zhì)表面的束縛電流。++++++++++++++++++2023/7/25第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月方向沿圓的切線方向解：方向與B相同(順磁質(zhì))方向垂直向外即與軸平行向上2023/7/25第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月磁介質(zhì)內(nèi)表面的總束縛電流：同理外表面方向垂直向里即與軸平行向下2023/7/25第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例2、細(xì)螺繞環(huán)中心周長為10cm，環(huán)上均勻密繞線圈200匝，電流為0.1A.（1）若管內(nèi)充滿r=4200的磁介質(zhì)，求管內(nèi)的B與H。（2）求磁介質(zhì)內(nèi)由導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0和由磁化電流產(chǎn)生的B的大小。傳導(dǎo)電流產(chǎn)生B:解：磁化電流產(chǎn)生B:2023/7/25第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例3、均勻面電流沿?zé)o限大導(dǎo)體薄片流動i，面上方為真空，下方充滿磁導(dǎo)率為的均勻無限大抗磁質(zhì)。試求真空和介質(zhì)中的H和B，并計(jì)算與導(dǎo)體相鄰的介質(zhì)表面層的磁化面電流密度i。i傳導(dǎo)電流jsijS×磁化電流H1H2解：1）Mn2023/7/25第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）js與i反向2023/7/25第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月裝置：環(huán)形螺繞環(huán);鐵磁質(zhì)Fe,Co,Ni及稀釷族元素的化合物，能被強(qiáng)烈地磁化實(shí)驗(yàn)測量B,如用感應(yīng)電動勢測量或用小線圈在縫口處測量；由得出曲線1)鐵磁質(zhì)的不一定是個(gè)常數(shù)，它是的函數(shù).四、鐵磁質(zhì)原理:勵(lì)磁電流I;

用安培定理得H2023/7/25第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

2)磁滯回線矯頑力

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.O磁滯回線當(dāng)H=0，但,而是仍有一定的數(shù)值，叫做剩余磁感強(qiáng)度（剩磁）2023/7/25第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月鐵磁性材料類別：O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料實(shí)驗(yàn)表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大.2023/7/25第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月*

磁疇(magneticdomain)：原子間電子交換耦合作用很強(qiáng)，促使其自旋磁矩平行排列形成磁疇－－自發(fā)的磁化區(qū)域。磁疇的線度約10-4m。鐵磁性主要來源于電子的自旋磁矩。鐵磁質(zhì)磁化的機(jī)制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。無外磁場有外磁場2023/7/25第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月*磁疇的變化可用金相顯微鏡觀測在外磁場較弱時(shí)，自發(fā)磁化方向與外磁場方向相同或相近的那些磁疇逐漸增大（疇壁位移），在外磁場較強(qiáng)時(shí)，磁疇自發(fā)磁化方向作為一個(gè)整體，不同程度地轉(zhuǎn)向外磁場方向。有外磁場當(dāng)全部磁疇都沿外磁場方向時(shí)，鐵磁質(zhì)的磁化就達(dá)到飽和狀態(tài)。飽和磁化強(qiáng)度MS等于每個(gè)磁疇中原來的磁化強(qiáng)度，該值很大，這就是鐵磁質(zhì)磁性r大的原因。2023/7/25第25頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月磁滯(hysteresis)

現(xiàn)象是由于摻雜和內(nèi)應(yīng)力等的作用，當(dāng)撤掉外磁場時(shí)磁疇的疇壁很難恢復(fù)到原來的形狀，而表現(xiàn)出來。磁滯伸縮(magnetostriction)

是因磁疇在外磁場中的取向，改變了晶格間距而引起的。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動會瓦解磁疇內(nèi)磁矩的規(guī)則排列；在臨界溫度（相變溫度Tc