第十二章 磁介质中的磁场

§12-1磁介质的磁化磁导率§12-2磁介质中的磁场有磁介质时的安培环路定理磁场强度§12-3铁磁质1.了解磁介质的磁化及其微观解释；2.了解各向同性磁介质中的和之间的关系和区别；3.了解磁介质中的高斯定理和安培环路定理；4.了解铁磁质的特性。HB一.磁介质的三种类型1.磁介质的磁化磁介质凡与磁场有相互影响的实物物质磁介质放在传导电流的磁场中也要产生附加磁场的现象BBB0介质中总磁感强度磁介质磁化后产生的附加磁场传导电流的磁场§12-1磁介质的磁化磁导率2.磁介质分类抗磁质顺磁质与同向，且等、、、如2NPtCrMn等、、、如AgClSCu2铁磁质如和它们的合金、、NiCoFe以及铁氧体等B0B0BB与反向，且B0B0BB对磁场空间中的均匀各向同性磁介质与同向，且B0B0BB1.分子电流和分子磁矩物质分子中各电子同时参与两种运动：绕核运动与自旋二.顺磁质和抗磁质磁化的微观机理mp分子电流SNNS分子磁矩各电子绕核运动和自旋的等效电流左视图顺磁质的磁化0mBpMmpM分子磁矩无序排列趋向外磁场方向分子磁矩转向2.顺磁质和抗磁质磁化的微观机理分子电流附加磁场与同向B加外磁场0B0B0B0B在外磁场中各电子因旋进产生分子电流，引起附加磁矩mp无外磁场时，抗磁质分子电流总体为零，但各电子仍有绕核运动与自旋。抗磁质的磁化B0B附加磁场与反向B0B-e电子轨道运动电子角动量角动量绕旋进转向电子磁矩等效分子电流角动量旋进转向角动量gm陀螺的进动0Bmp0B附加磁矩与方向相反mp0B三.磁导率相对磁导率0rBB0r真空中01，r磁导率三种磁介质的磁导率顺磁质抗磁质铁磁质1r01r01r0顺磁质抗磁质MgAlWTiPtO21.0000121.0000231.0000681.0000711.000301.000002BiHgAgC（金刚石）PbCu0.9998340.9999680.9999740.9999780.9999820.999990一些磁介质室温下的相对磁导率rr对一切抗磁质和顺磁质，0BB1r真空中安培环路定理的进一步说明IIIlBl00d穿过回路所包围曲面的传导电流与分子电流的代数和真空中安培环路定理也适用于有磁介质存在的磁场空间所有的传导电流与分子电流在回路上产生的磁感强度实际应用中，分子电流无法直接测量，则希望等式右边只含传导电流传导电流分子电流§12-2磁介质磁场的安培环路定理磁场强度一.磁化面电流顺磁质的磁化面电流与传导电流方向相同，抗磁质的则相反以充满均匀顺磁质磁介质的螺线管为例传导电流I内部磁效应相互抵消分子电流磁化面电流附加磁场B0B磁化面电流线密度Sj——螺管圆柱面单位长度上的磁化面电流的计算BBB0S0jBnIB00)(S0jnIBnIBBrr00根据定义nIj)1(rSnI00BBB0介质内总磁感强度抗磁质取负号大小为IIlBL0d磁介质中lnIljI00S二.有磁介质时的安培环路定理III)(0lnIIlcdba取环路abcd单位长传导电流为nIII000B•是一个辅助物理量。H•的环流只与传导电流有关，但不仅由决定。HH•磁场线描绘磁场强度。线上任一点的切向为该点的方向，磁场线的密度等于该点的大小。H磁场强度BHIHHIlHLd磁介质中的安培环路定理BH令IlBLd例题12-1磁导率为μ的铁磁质为铁芯的环形螺线管，n=500，I=4A，μ=5.0×10-4H/m。计算：⑴环内H、B；⑵介质的磁化面电流线密度。sj解⑴取过环内任一点的线为闭合曲线LNIHLlHLdnIILNHmA1023H2mWb0.1HBHI⑵nInInIBBB)(000S0jBmA109.7)1(50nIjS用核磁共振技术产生的人脑截面的伪彩色图像永磁体产生电磁脉冲核磁共振B-H曲线H(A/m)铁磁质的一些特殊性质：，且不是常量，是H的函数BH铁磁质满足普适关系1r外磁场撤除后，仍保留部分磁性——剩磁现象超过临界温度（居里点）铁磁性消失，变为顺磁质铁磁质顺磁质抗磁质1r§12-3铁磁质一.铁磁质的磁化曲线HcabdefBr-HcO起始磁化曲线剩余磁感强度矫顽力磁滞回线磁滞B总是落后H的变化B换向开关冲击电流计铁磁质磁化曲线的测量二.铁磁性材料磁滞回线应用于交变磁场1.软磁材料如软铁、硅钢等特征Hc小，曲线包围面积瘦小，损耗小，易磁化也易退磁HB电磁起重机变压器2.硬磁材料如碳钢和特种钢Hc大，曲线包围面积肥大，剩磁大，不易退磁应用于制造永磁体HB磁滞回线特征BH退磁曲线(BH)m最大磁能积纸盆式扬声器线圈纸盆永磁体输入电信号矩磁材料如铁氧体rB可制成计算机的记忆元件Hc小，回线呈矩形，接近饱和磁感强度输入(输出)电信号磁记录原理磁化磁隙读写磁头移动的磁带放大器麦克风线圈铁芯放大磁感应线静音区HB硬磁材料的退磁退磁曲线硬磁材料退磁需在衰减的交变电流产生的磁场中完成。nIH例如长直螺线管衰减的交变电流产生的即为衰减的交变磁场材料化学成分Hc/(A/m)Br/T(BH)/(J/m3)碳钢C0.9,Mn1,Fe98.11.00铝镍钴Al18,Ni14,Co24,Cu3,Fe511.22铝镍Al13,Ni23,Cu3,Fe610.65钐钴合金SmCo50.98钡铁氧体0.45几种硬磁材料的性能参量32OFe6BaO310431044310283106933101443106.131036310931019131036材料化学成分Hc/(A/m)Br/(H/m)BH/(H/m)纯铁Fe99.57.2热轧硅钢Si1,Fe964.8冷轧硅钢Si3.3,Fe96.716坡莫合金Ni78,Mo4,Fe189.6镍锌铁氧体240几种软磁材料的性能参量50OFeZnO20,NiO30,323102.13102531010310123109031056.031075.03103031013.01.磁畴铁磁质中因电子自旋形成的自发磁化区三.铁磁质磁化的微观解释钴镍铁素体单晶体100面上的磁畴结构无外磁场磁畴随机排列磁畴趋向外磁场方向0B外磁场无外场壁移磁矩方向与外场接近的磁畴的边界扩大转向磁矩转向外场方向饱和所有磁畴都转向外场方向2.铁磁质的磁化过程外磁场外磁场外磁场增强一个具有磁性的细菌，磁体形成的链如同磁针使其在地磁场中可以定向Fe3O4磁体颗粒