1、8-7 磁场中的磁介质,一、磁介质及其分类,磁介质：放入磁场后受磁场影响（磁化）反过来又影响磁场的介质称为“磁介质”。,1、磁场会使磁介质磁化,无外磁场,有外磁场,磁介质中的总磁感应强度为：,2、处于磁化状态的磁介质使磁场发生变化,外加磁场,磁介质激发的磁场,定义：,四类磁介质：,（1）顺磁性介质： 介质磁化后呈弱磁性。,附加磁场B与外场Bo同向。 B Bo , r 1,（2）抗磁性介质： 介质磁化后呈弱磁性。,附加磁场B与外场Bo反向。 B Bo , r 1,（3）铁磁性介质： 介质磁化后呈强磁性。,附加磁场B与外场Bo同向。 B Bo , r 1,（4）超导体(完全抗磁体）：,B=0,B=
2、0,二、分子电流和分子磁矩,分子磁矩,各电子磁矩,近代科学实践证明，分子或原子中的电子存在轨道运动和自旋运动。,两种弱磁质结构特点不同,分子磁矩不为0,分子磁矩为0,顺磁质：,抗磁质：,三、弱磁质的磁化规律,磁场使分子磁矩发生转向,与外加磁场同向,磁场对分子磁矩的影响：,电子的进动：电子磁矩以外磁场 方向为轴线的转动，称为电子的进动。,进动,可以证明：外磁场 中，电子进动的转向总是和 的方向构成右手螺旋关系。,附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩 用符号 表示。,这种等效圆电流的磁矩的方向永远与 的方向相反。,磁场对弱磁质的影响,分子磁矩转向,附加磁矩,顺磁质,（a）无外磁场时，杂乱无章（热运动）
3、,与外加磁场反向,与外加磁场同向,（b）加外磁场B0,与 同方向,但由于 ，所以附加磁感应强度,抗磁质,（a）无外磁场时,（b）加外磁场B0,外磁场引起附加磁矩是抗磁质磁化的唯一原因,1. 磁化强度,反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。,8-8 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度,磁化强度的单位：,磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和 加上附加磁矩的矢量和 ，称为磁化强度，用 表示。,注意：对顺磁质， 可以忽略；对抗磁质 ，对于真空， 。,外磁场为零，磁化强度为零。,外磁场不为零:,顺磁质,抗磁质,磁化强度：,介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现
4、环形电流，这种电流称为磁化面电流Is又叫分子面电流。,磁化面电流Is,Is,磁化电流与传导电流的区别：,磁化电流是分子电流规则排列的宏观反映，并不伴随电荷的定向运动，不产生热效应。而传导电流是由大量电荷作定向运动而形成的,2. 磁化电流,设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为 （面磁化电流密度），,则长为l 的一段介质上的磁化电流强度IS为,磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。,有磁介质时的安培环路定理,磁介质中的总磁感应强度为：,单位:A/m,有磁介质时,为磁场强度矢量,定义,磁介质存在时的安培环路定理,磁场强度矢量沿任一闭合回路的环流，等于闭合回路所包围的
5、传导电流的代数和。,实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。,为磁介质的磁化率,只与磁介质的性质有关，是一个常数。,相对磁导率,磁导率,值得注意： 为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量， 才是反映磁场性质的基本物理量。,有磁介质时的安培环路定理应用举例,例1、螺绕环内充满均匀介质，螺绕环如图,知I、N、R1 、R2.求环内磁场强度和磁感应强度,解：,均匀介质 B=H ,所以:,真空情况,r=1,即= 0 ,此时B=B0=,例2、一半径为R1的无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为R2，相对磁导率为r的圆筒形磁介质。通过导线的电流为Io。求磁介
6、质内外磁场强度和磁感应强度的分布。,解：,（1）,（2）,（3）,12-5 铁磁质,强磁质,本世纪初:,用途广泛,铁、钴、镍以及许多合金都属于铁磁质,B Bo,电机制造, 通讯器件,计算机与信息科学的发展,50年代以后:,信息的存储和记录（磁盘、磁带等）,新的应用,一、铁磁质的磁化规律,测量磁化曲线的实验装置,换 向 开 关,1. 磁化曲线,结论：,OA段：B随H线性增加,AB段：B随H急剧增加,BC段：B随H缓慢增加,C以后：B=BS,2. 磁滞回线,OA称为 起始磁化曲线,Hs称为 饱和磁场强度,Br称为 剩余磁感应强度,Hc称为 矫顽力,H,（反映保持剩余状态的能力）,总体： B落后于H
7、的变化,与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：,(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。,(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。,(4)具有临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质，Tc称为居里温度或居里点。,二、铁磁质的特点,(3)相对磁导率和磁化率不是常数，而是随外磁场的变化而变化；,纯铁：770C，纯镍：358C。,三、铁磁质的分类,软磁材料：磁滞回线细而窄，矫顽力小。,磁滞损耗小，容易磁化，容易退磁，适用于交变磁场。如制造电机，变压器等的铁芯。,硬磁材料：磁滞回线较宽，剩余磁感应强度和矫顽力都比较大。,不易退磁 适合于制造永磁体,矩磁材料：磁滞回线接近于矩形，剩余磁感应强度Br接近于饱和磁感应强度Bs。,适合于制作记录磁带及计算机的记忆元件,形成原因：相邻铁原子,磁畴体积：10-8m3 磁畴内原子：10171021,三、铁磁性的起因,在铁磁质中存在着自发磁化的微小区域,强交换耦合作用,电子的自旋磁矩平行排列,磁化,1、无外场时,宏观不显磁性,2、有外场时,(a)外磁场较弱时，与H成小角度磁畴区域扩大，与H成大角度磁畴区域缩小,(b)外磁场较强时，与H成大角度磁畴区域消失, 每个磁畴磁矩方向H方向靠拢,(c)H大到一定程度，磁畴磁矩方向都沿H方 向，磁化达到饱和状态,铁磁性的起因,
