第18章 磁介质

1第18章磁场中的磁介质主要内容•磁介质对磁场的影响•原子的磁矩•磁介质的磁化•的环路定理•铁磁质H218.1磁介质对磁场的影响⒈磁介质是指放在磁场中受磁场影响或反过来影响原来磁场的物质。2.相对磁导率设真空中原来磁场的磁感应强度为，放入磁介质后，磁介质因磁化而使磁介质的磁感应强度变为B,0B33.磁介质的分类(1)抗磁质则相对磁导率0/rBB1r例如铋(293K)5116.6101r4(2)顺磁质5126101r1r例如铂(293K)顺磁质和抗磁质对磁场的影响都极为微弱(3)铁磁质1r且与B0有关例如铁最大值约为r3510518.2原子的磁矩⒈原子中运动的电子的轨道磁矩(1)圆电流的磁矩nmISene为圆面积的正法线单位矢量,它与电流流向成右手螺旋法则.6(2)原子中运动的电子的轨道磁矩电子的沿圆形轨道运动电流2Ierv电子的轨道磁矩2ermISv电子的沿圆形轨道角动量eLmrv则电子的轨道磁矩2eemLm72.原子中运动的电子的内禀自旋磁矩249.2710/2BeeeemsJTmm上式中的s为内禀自旋角动量/2s玻尔磁子3.原子中原子核磁矩原子核也有磁矩,但小于电子磁矩的千分之一.84.分子磁矩电子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核的磁矩的总和，叫分子磁矩。某些分子在正常情况下,其磁矩的矢量和一定，称为分子的固有磁矩。5.顺磁质特点：分子的固有磁矩不为零在外磁场中，受磁力矩的作用，使分子磁矩与外磁场方向一致。附加磁场使BB096.抗磁质特点：分子的固有磁矩为零机理：分子中各电荷的旋转运动，在外磁场作用下产生“进动”，导致逆着外磁场方向产生感生磁矩。10*电子轨道运动在磁场中的进动和附加磁矩1118.3磁介质的磁化⒈磁介质的磁化(1)磁化电流：在磁介质内部，相邻分子的小圆电流的方向总是相反而相互抵消,但在磁介质表面，这些小圆电流的外部却未被抵消，沿着相同的方向流通，形成磁介质表面的电流，称为磁化电流(束缚电流)。12*磁介质表面束缚电流的产生(a)为顺磁质，(b)为抗磁质.磁介质的磁化：在外磁场作用下,磁介质表面感生出束缚(磁化)电流的现象。其面电流密度用表示j132.磁化强度ΔiimMV(1)定义:im——体积元内第i个分子的磁矩M的单位：A/m(2)实验表明：对于各向同性的顺磁质和抗磁质(以及铁磁质在磁场较弱时)，BMrr0114B为外磁场的磁感应强度3.磁化强度与束缚电流的关系设单位体积内的分子个数为n,与dr铰链的分子电流：2d(cosd)Iniar2aim——一个分子的磁矩nmM——磁化强度15'ddcosIMrdMr则'ddddIIjlr若与沿介质表面的一个长度元一致drdlcosMlM16njMe与闭合路径铰链的束缚电流''ddLLIIMr若0，即M与表面平行'jM1718.4H的环路定理1.磁介质内的总磁感强度自由电流00IB介质磁化的束缚电流'IB，0BBB总磁感强度182.的环路定理H由安培环路定律'00d()ininLBrII(1)如图所示又因为''ddinLLIIMr所以00()dinLBMrI19(2)磁场强度H定义磁场强度0BHM/HB0r单位(SI)制安/米A/m对各向同性磁介质0dinLHrI(3)的环路定理H20例18-1一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为的均匀磁介质。今在导线内通以电流I，求管内磁感应强度和磁介质表面的面束缚电流密度。r解：如图充满介质后，管内磁场应均匀，其方向平行于轴线，管外磁场为零21则有:根据H的环路定理HlnlIHnILabbccddaHdrHdrHdrHdrHdrHl00rrBHnI(1)(1)rrMHnI又(1)trjMMnI22顺磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相同。0j抗磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相反。0j铁磁质：，管内磁场主要由束缚电流产生。0j由此可见(1)rjnI23解:自由电流和介质的分布都具有轴对称性，所以介质中的磁场也具有轴对称性。一根长直单芯电缆的芯是一半径为R的金属导体，它与导电外壁间充满相对磁导率为的均匀介质。电流I均匀流过芯的横截面并沿电缆外壁流回。求磁介质中磁感应强度的分布和紧贴导体芯的磁介质表面上的束缚电流。r例18-224如图都沿圆周切向，且在同一圆周上各点数值相等BH、d2LHlHrI作安培环路如图，则有2IHr002πrrIBHr25(1)2πrIjR的方向与轴线平行j2(1)rIjRI01rrMB由jM及得到2618.5铁磁质1.磁化曲线(1)环状铁芯被磁化2πNIHr改变I，可以得多组H和B的值，由此可绘磁化曲线27(2)铁磁质中的B和随H变化的磁化曲线r28(3)铁磁质中的闭合磁化曲线─磁滞回线oa：起始磁化曲线(不可逆)a点:磁饱和状态逐步增大反向电流,0cHHBab:H减小至零,B0磁滞,:剩磁rBcH叫矫顽力铁磁质的磁化，与铁磁质磁化历史有关。292.软磁材料硬磁材料cH很小,磁滞回线瘦,如图(a),常用来做电磁铁等的铁芯软磁材料:cH较大,磁滞回线较胖如图(b),常用来做计算机的铁芯硬磁材料:303.居里点TcTc:铁磁质特性消失成为顺磁质的转变温度例如铁的Tc:1040K钴的Tc:1390K4.铁磁性的微观解释─磁畴理论磁畴如图:自发磁化的小区域，线度约10-4m；每一区域内所有原子磁矩的方向一致。31导致磁滞的原因是磁畴的磁壁很难恢复原状。若cTT磁畴消失成为顺磁质“磁滞损耗”正比于磁滞回线所围的面积。327.永磁体永磁体是仍保留着一定的磁化状态的铁磁体.上图为永磁体中的MBH0r0r2IBHr一无限长载流圆柱体，其外部包围一层磁介质，相对磁导率r1r例求1RI解根据磁介质的安培环路定理rLlHdrIH2H磁介质中的磁化强度和磁感应强度2RLlHdrH2I