第9章 磁场中的磁介质(magnetic medium in magnetic field)
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9磁场中的磁介质
pm 取向与Bo 相反
B Bo B' Bo
16
pm 0
3）均匀介质在磁化时，要出现磁化面电流。
注意： 磁化面电流实为介质中所有分子电流的 等效电流，磁化电流的磁矩实为所有分子磁矩 R 的矢量和。 L
顺磁质
js
Is
定义面电流线密度
Is j s is L L 大小：单位长度磁介质表面流过的磁化面电流 方向：该处磁化面电流的方向。
0r
r 1 M B 0 r
M
P 297－298 例9.1, 9.2
B j' M H 0
35
J M
ˆ j M n
束缚电流
例1，电流I均匀地流过一无限长圆柱形导体(R)， 导体外充满磁介质μ，在导体内部作一平面s，一 边是轴线，另一边在外壁上，长为ι ，求：磁场 分布及紧贴导体的磁介质表面上的束缚电流。 解：1）无限长圆柱体内、外的磁场： I 导体内：作半径为 r 的安培环路L R a r d
S L S
L
M
dl
【例】均匀磁场均匀介质 束缚电流体密度： J M r 1 B 0 0r 均匀磁场中均匀介质无 J M 体束缚电流。 25
§9.4 H 的环路定理 一）介质中的安培环路定理
介质中多了磁化电流产生的场 B ' 介质 I B B0 B' LB dl 0 ( I I S )(1) L内 M dl I S (2) L L L内 （2）式代入 B dl ( I M dl ) (3) 0
17
s
I
9磁场中的磁介质
第九章 磁场中的磁介质（magnetic medium in magnetic field ）§1 磁介质对磁场的影响在磁场作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质。
事实上，在磁场中的实物物质都是磁介质。
回顾：在充电的平行板电容器的均匀电场中放一块与极板绝缘的导体,导体内的场强削弱为零。
若放一块电介质, 电介质内的场强也有一定程度的削弱。
II现在：在一个通电流I 的长直螺线管中有一个均匀磁场0B,将磁介质充满该磁场（保持电流不变）。
实验发现:不同磁介质中的磁场不同，有的比B 0略小,有的比B 0略大，有的比B 0大许多倍。
0B B r 内r ……该磁介质的相对磁导率（1）抗磁质 r 略<1 （铜,银,氢等） （2）顺磁质 r 略>1 （铝,锰,氧等） （3）铁磁质 r >> 1 （铁,钴,镍等）In I n B B r r 00内式中r 0 ……磁介质的磁导率（permeability ）§2 磁介质的磁化在外磁场作用下磁介质出现磁性或磁性发生变化的现象称为磁化。
分子是一个复杂的带电 系统。
一个分子有一个等 效电流i , 相应有一个 分子等效磁矩s i p mm p是各个的电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核磁矩的总和。
一. 顺磁质顺磁质的分子等效磁矩m p≠0，称为分子固有磁矩。
一般由于分子的热运动, m p完全是混乱的,但是在外磁场中mp会发生转向, 这就是i顺磁质的“磁化”。
外磁场越强,转向排列越整齐。
如图所示,顺磁质内部的磁场是被加强的,而且顺磁质会被磁铁吸引。
二. 抗磁质抗磁质的分子固有磁矩m p=0。
但是在外磁场中会产生分子感应磁矩。
以分子中某个电子的轨道运动为例（分子固有磁矩为零,分子中某个电子的轨道磁矩P ’mL *LBP m-e -eNS BP miSN不见得为零）,电子的轨道运动角动量L与轨道磁矩m p如图所示,该磁矩在外磁场中要受力矩M ,B p M m所以L d 的方向即M 的方向，L要发生进动（俯视为逆时针方向进动）。
磁场中的磁介质
分子磁矩 的矢量和 体积元
意义 磁介 质中单位体积内 分子的合磁矩. 分子的合磁矩
−1
单位（ 米 单位（安/米）
青岛科技大学
A⋅m
大学物理讲义
I
B C
I'
r
C
r
L D m = I 'π r 2 分子磁矩 v v v v ∫l B ⋅ dl = ∫BC B ⋅ dl = µ0 Ii n（单位体积分子磁矩数） 单位体积分子磁矩数） 2 I s = n π r LI ' = nmL = µ 0 ( NI + I s )
ω
q v' ∆m
v
v B0
v' m
v B0
v v v
F
v' m
时 磁场
q v F v' v ∆m v v
v v ω , B0
抗磁质
v v ω , B0
ω
'
时
B = B0 − B
顺磁质内磁场 抗磁质内磁场
B = B0 + B
B = B0 − B
'
'
二
磁化强度(magnetization) 磁化强度
v v ∑m M= ∆V
R
B = µH = 0
同理可求
r
青岛科技大学
d < r, B = 0
大学物理讲义
三
磁畴(magnetic domain) 磁畴 无 外 磁 场 磁 (magnetization curve)
v B
磁
v v v H = B / µ0 − M
N M P
µ µ max
O
B
µ−H
第九章 磁场中的磁介质
B0
无外磁场
有外磁场
抗磁质：无外磁场时， 抗磁质：无外磁场时，无固有磁矩 m = 0 因此 Σ m = 0 ， 。 有外磁场时， 有外磁场时，产生一个与外磁场方向相反的很小 感生磁矩)， 的附加磁矩 (感生磁矩 ， 抗磁质产生一个与外磁 感生磁矩 场方向相反的较小附加磁场。 场方向相反的较小附加磁场。 铁磁质：磁性主要来自于电子自旋磁性。 铁磁质：磁性主要来自于电子自旋磁性。自旋磁矩在小范围 内自发地排列起来，形成一个个小的自发磁化区域， 内自发地排列起来，形成一个个小的自发磁化区域， 磁畴（尺度大约 ）。无外磁场时 叫磁畴（尺度大约 0.1 mm）。无外磁场时，各畴磁 ）。无外磁场时， 化方向彼此不同，互相抵消，对外不显磁性。 化方向彼此不同，互相抵消，对外不显磁性。有外 磁场时，磁畴发生两种变化： 磁场时，磁畴发生两种变化：畴壁移动和畴磁矩转 动。这种变化产生强大的附加磁场。 这种变化产生强大的附加磁场。
B′
顺磁质
定义磁化强度 定义磁化强度
B0
B′
抗磁质
实验证明： 实验证明： 各向同性的均匀抗磁质或顺磁质中
∑m M=
∆V
i
µr −1 M= B µr :介质的相对磁导率 介质的相对磁导率 µ0µr
电介质中 电场 E
P =χ eε 0 E
电介质 极化 P
σ ′ = P n − P2n 极化面 1
q′ = −∫ P ⋅ dS
–Bs
B(H) 不是单值函数，与铁磁质的磁化历史有关。 不是单值函数，与铁磁质的磁化历史有关。 磁滞回线所包围的面积为一个周期磁化所放出的 热量，或者称为磁损耗。 热量，或者称为磁损耗。
四、铁磁质分类 B 软磁材料：窄长回线， 软磁材料：窄长回线，Br , Hc 都很 易磁化, 易退磁, 损耗少, 小，µ 高，易磁化 易退磁 损耗少 用于电机、变压器、继电器。 用于电机、变压器、继电器。 H 软磁材料 B 硬磁材料：宽大回线， 较大， 硬磁材料：宽大回线， Br , Hc 较大， Br 可长时间保持，用于永磁铁、录 可长时间保持，用于永磁铁、 音带、录像带。 音带、录像带。 H 硬磁材料
大物电磁学磁场中的磁介质
分界面半径 R。再求此载流系统的磁感应 强度分布。（第一层介质的相对磁导率为r1 第二层介质的磁导率为2 ）
安培环路形状：以载流体的轴线为圆心、半
径 r、且所围平面垂直轴
的圆周。
安培环路定理左边 HdlH2r
圆柱内 r R1
L
Iint
I1
R12
r2
I1 R 12
r
2
根据 H
的安培环路定理
Hdl L
Hdl
L
I0int
②物理意义
沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该 闭合路径所包围的自由电流的代数和。
③ 理解和应用 路内总自由电流，路上总磁场强度
用 H 的环路定理求 H 与前面所学的用 B 的环路定理求 B 的方法完全相同。
（同样的应用条件；在相同载流体的情况下 ，取同样的安培环路）
三、H 和 B 的相互关系
4. 磁化强度矢量 M 与磁化面电流密度 j′的关系
介质的体积为：V lS
I′
M
MmjlSj
l
V Sl
更一般的证明为： jM en
即磁化电流密度等于磁化强度沿该表 面处的分量。
M
B
5. 磁化强度M与束缚电流 I ′的关系
LM dlM l
j l
I
磁化强度M沿闭合回路的线积分等于 该回路包围的磁化电流代数和。
B r0 H H （点点对应关系）
相对磁导率 绝对磁导率
磁介质的磁化规律可与电介质的极化规律对比：
电极化现象原 因PP 与E的关 D系 SD .dS q0
(peql) P0(r1)E D0EP,
磁化现象(原pm因iSM ) M M与 B 的 r0r1B关 H H(D系 SH .Bd 0El) M,I0
安培环路形状：以载流体的轴线为圆心、半
径 r、且所围平面垂直轴
的圆周。
安培环路定理左边 HdlH2r
圆柱内 r R1
L
Iint
I1
R12
r2
I1 R 12
r
2
根据 H
的安培环路定理
Hdl L
Hdl
L
I0int
②物理意义
沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该 闭合路径所包围的自由电流的代数和。
③ 理解和应用 路内总自由电流，路上总磁场强度
用 H 的环路定理求 H 与前面所学的用 B 的环路定理求 B 的方法完全相同。
（同样的应用条件；在相同载流体的情况下 ，取同样的安培环路）
三、H 和 B 的相互关系
4. 磁化强度矢量 M 与磁化面电流密度 j′的关系
介质的体积为：V lS
I′
M
MmjlSj
l
V Sl
更一般的证明为： jM en
即磁化电流密度等于磁化强度沿该表 面处的分量。
M
B
5. 磁化强度M与束缚电流 I ′的关系
LM dlM l
j l
I
磁化强度M沿闭合回路的线积分等于 该回路包围的磁化电流代数和。
B r0 H H （点点对应关系）
相对磁导率 绝对磁导率
磁介质的磁化规律可与电介质的极化规律对比：
电极化现象原 因PP 与E的关 D系 SD .dS q0
(peql) P0(r1)E D0EP,
磁化现象(原pm因iSM ) M M与 B 的 r0r1B关 H H(D系 SH .Bd 0El) M,I0
磁场中的磁介质
I
B C
传导电流 分布电流
A
L
D
v v I s = ML = ∫ M ⋅ d l BC v v I s = ∫ M ⋅ dl
l
v v v v ∫l Bv⋅ dl = µ 0 ( NI + ∫l M ⋅ dl ) B v v ∫ ( − M ) ⋅ dl = NI = ∑ I
l
µ0
引入辅助量H, 引入辅助量H, 且令
s
∑m = lJ S = J M=
i s
3. 磁介质中的安培环路定理
∫
l
r r B ⋅ dl = µ0 ∑ I i + µ0 ∑ I 's
i i
I i：传导电流
I s ：磁化电流 '
v v v v ∫l B ⋅ dl = ∫BC B ⋅ dl = µ0 Ii = µ 0 ( NI + I s )
v H=
v B
µ0
v −M
磁场强度
v v 磁介质中的安培环路定理 中的安培环路 磁介质中的安培环路定理 ∫l H ⋅ dl = ∑ I
（1）在各向同性的均匀磁介质（非铁磁介质）中， ）在各向同性的均匀磁介质（非铁磁介质） 磁化强度与磁场强度具有线性关系： 磁化强度与磁场强度具有线性关系：
v v κ（磁化率） 磁化率） v v M = κH v v B v B v v H = − M = − κH B = µ0 (1 + κ ) H µ0 µ0 v v v B = µ 0 µ r H = µH
Br
B
BS Hc H
在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的 磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。 磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。 与磁滞回线所包围的面积成正比 铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下， 铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用下，它的形状 会随之变化，称为磁致伸缩（10-5数量级）它可用做 会随之变化，称为磁致伸缩（ 数量级） 磁致伸缩 换能器，在超声及检测技术中大有作为。 换能器，在超声及检测技术中大有作为。
磁场中磁介质.ppt
箭头表示 磁化方向
铁磁质的特性
1. 磁导率μ不是一个常量，它的值不仅决定于原线 圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。 B 和H 不是线性关系。
2. 有很大的磁导率。 放入线圈中时可以使磁场增强102 ~ 104倍。
3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。
4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。
三 铁磁质的应用 (1)软磁材料
单位长度上的导线匝数为n。
求：环内的磁场强度和磁感应强度
解：
H
L
dl
H 2r
NI
H NI nI
r
2r
O
B H 0r H
例2 一无限长载流圆柱体，通有电流I ，设电流 I
均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为μ，柱
外为真空。
求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。
静磁场（稳恒磁场）
BH
S B dS 0
L H dl I0 B H
12-3 铁磁质 一 铁磁质的磁化规律
电流表
A
测量H
换 向 开 关
测量磁滞回线的实验装置
测量B 的探头 螺绕环 （霍尔元件）
铁环 狭缝
0 5 10 15 20
磁强计
电阻
A
1、磁化曲线
I
解： r R
LH dl H 2r I
r2 R2 I
Ir
Ir
H 2R2 B 2R2
R
I
0
H
r
r R H2r I
H I B 0I
2r
2r
I R
0
r
H
B
铁磁质的特性
1. 磁导率μ不是一个常量，它的值不仅决定于原线 圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。 B 和H 不是线性关系。
2. 有很大的磁导率。 放入线圈中时可以使磁场增强102 ~ 104倍。
3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。
4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。
三 铁磁质的应用 (1)软磁材料
单位长度上的导线匝数为n。
求：环内的磁场强度和磁感应强度
解：
H
L
dl
H 2r
NI
H NI nI
r
2r
O
B H 0r H
例2 一无限长载流圆柱体，通有电流I ，设电流 I
均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为μ，柱
外为真空。
求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。
静磁场（稳恒磁场）
BH
S B dS 0
L H dl I0 B H
12-3 铁磁质 一 铁磁质的磁化规律
电流表
A
测量H
换 向 开 关
测量磁滞回线的实验装置
测量B 的探头 螺绕环 （霍尔元件）
铁环 狭缝
0 5 10 15 20
磁强计
电阻
A
1、磁化曲线
I
解： r R
LH dl H 2r I
r2 R2 I
Ir
Ir
H 2R2 B 2R2
R
I
0
H
r
r R H2r I
H I B 0I
2r
2r
I R
0
r
H
B
磁场中的磁介质资料
S为圆柱体横截面积
p j’ lS j’ Σ m M= = = ΔV lS
M =j’
j’
磁化面电流j’
M A B l
C
3. 磁化强度M与磁化电流I’
B
D
M .dl = A M .dl = M . AB
=M l = j’ l = I’
M .dl
=I ’
三、有磁介质时的安培环路定理 磁场强度
dL M dt
B0
顺磁质磁化微观机制
抗磁质磁化微观机制
二、磁介质的磁化规律 1. 磁化电流 顺磁质在磁场中,它的分 子固有磁矩沿外磁场排列起 来,如图所示。 对均匀的顺磁介质，内部各点处的小分子电流会相互抵消； 表面上的小分子电流没有抵消，它们方向相同，相当在表 面上有一层表面电流。 这种未被抵消的表面电流称为磁化电流（或束缚电流） 其大小反映了磁化的强弱。 顺磁质的磁化电流使磁介质内部原磁场得到加强，抗 磁质的磁化电流使磁介质内部原磁场被削弱。
B
pm
L
pm M
L
M pm B0
进动附加的进动角动量 是与 B0 的方向一致的。与这一进 L
动相应的磁矩 pm ，称感应磁矩，它是 B0 与反向的。 反向磁矩对应的磁场使介质内 B B B B 0 0 部磁场减弱。 虽然顺磁质分子也会产生感应磁矩 ,但由于它远小于 固有磁矩（相差五个数量级）,所以顺磁质中主要是固有 磁矩起作用。
1. 有磁介质时的安培环路定理 磁介质中的高斯定理
' B B0 B s 磁感应强度 B 是外加 磁场 B0与介质内束缚电流 ' 产生的 B 的合场强.
B dS 0
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鞍山科技大学 姜丽娜 7
实验表明： 实验表明：各向同性磁介质 i 与 dr 相连的总分子电流 θ → M → B ——n单位体积内的分子数。 单位体积内的分子数。 单位体积内的分子数
面束缚电流密度： 面束缚电流密度：
鞍山科技大学 姜丽娜
8
面束缚电流 dI’
L dI’ → dr → M
dl → M
鞍山科技大学 姜丽娜
2
实验发现： 磁介质中的磁感应强度： 实验发现： 磁介质中的磁感应强度：
注意： 只与磁介质的种类有关。 注意：µr——只与磁介质的种类有关。 只与磁介质的种类有关 4磁介质分类 磁介质分类: 磁介质分类 第一类:顺磁质和抗磁质 磁化后产的磁性都很弱,属于弱磁材料 顺磁质和抗磁质, 属于弱磁材料; 第一类 顺磁质和抗磁质 磁化后产的磁性都很弱 属于弱磁材料 (1)顺磁质 顺磁质: 顺磁质 如:铝、 氧 等。 铝 顺磁质—— 顺磁质—— µr＞１如：氧、铝等（µr=1＋ 10-5） ＋ (2)抗磁质 抗磁质: 抗磁质 抗磁质—— µr＜１如：铜µr=1－ 10-5 抗磁质 － 第二类:铁磁质 磁化后能产生极强的磁性,是强磁性材料 是强磁性材料。 第二类 铁磁质, 磁化后能产生极强的磁性 是强磁性材料。 铁磁质 纯铁、 如:纯铁、硅钢、坡莫合金。 纯铁 硅钢、坡莫合金。 铁磁质—— µr>>1 ,如 :纯铁（µrｍａｘ=５× 10３） 铁磁质 如
I I Bo——载流体在真空中产生的磁感应强度； 载流体在真空中产生的磁感应强度； 载流体在真空中产生的磁感应强度 B’——磁化电流产的附加磁感应强度； 磁化电流产的附加磁感应强度； 磁化电流产的附加磁感应强度 B——介质内的合磁感应强度； 介质内的合磁感应强度； 介质内的合磁感应强度 3.磁介质中的磁感应强度 磁介质中的磁感应强度: 磁介质中的磁感应强度 I
介质内与任意闭合路径L铰链的总束缚电流： 介质内与任意闭合路径 铰链的总束缚电流： 铰链的总束缚电流
鞍山科技大学 姜丽娜
9
§9.4 H的环路定理 的环路定理
有磁介质时的恒定磁场中，任意点磁感应强度： 有磁介质时的恒定磁场中，任意点磁感应强度： 自由电流 Io的磁场 安培环路定理: 安培环路定理 束缚电流I 束缚电流 ′磁场
µ r -H
O
O
f Hc ——矫顽力 矫顽力 (B完全消失 完全消失) 完全消失
H
d
e -Br
14
铁磁质中B和 铁磁质中 和µr随H变化的曲线 姜丽娜 磁滞回线 变化的曲线 鞍山科技大学
B
B
O
O
H
H
软磁材料磁滞回线 3、居里点： 居里点：
硬磁材料磁滞回线
铁磁材料特性消失而成为顺磁材料时的温度。 铁磁材料特性消失而成为顺磁材料时的温度。
电子内禀自旋角动量： 电子内禀自旋角动量： 电子内禀自旋磁矩： 电子内禀自旋磁矩：
——玻尔磁子 玻尔磁子
鞍山科技大学 姜丽娜 6
§9.3 磁介质的磁化
一、介质的磁化过程： 介质的磁化过程： → mi i → B （a） ） 二、磁化强度 （b） ）
磁化电流
—— 单位体积内分子磁矩的矢量和。 单位体积内分子磁矩的矢量和。 单位： 单位：
§9.1 磁介质对磁场的影响
一、磁介质中的磁感应强度 1.磁介质 实体物质在磁场作用下呈现磁性 该物体称磁介质。 磁介质:实体物质在磁场作用下呈现磁性 该物体称磁介质。 磁介质 实体物质在磁场作用下呈现磁性,该物体称磁介质 2.磁化 磁介质在磁场中呈现磁性的现象称为磁化。 磁化:磁介质在磁场中呈现磁性的现象称为磁化 磁化 磁介质在磁场中呈现磁性的现象称为磁化。 介质 真空
鞍山科技大学 姜丽娜
如:汞、铜、氢等 汞
3
鞍山科技大学 姜丽娜
4
§9.2 原子的磁矩
一、载流线圈的磁偶极矩（磁矩）： 载流线圈的磁偶极矩（磁矩）： 二、电子的磁矩 电子以速率 v 运动 电流强度 1、轨道磁矩
→ m
I
→ m
-
I
轨道角动量： 轨道角动量：
r
+
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5
按照量子力学： 按照量子力学： 2、自旋磁矩
L I0 dI’ → dr → M
鞍山科技大学 姜丽娜 10
一、磁场强度 H
的安培环路定理： 二、H 的安培环路定理：
在磁场中H矢量沿任一闭合回路的线积分 等于该回路所 在磁场中 矢量沿任一闭合回路的线积分,等于该回路所 矢量沿任一闭合回路的线积分 套合的各传导（自由）电流强度的代数和。 套合的各传导（自由）电流强度的代数和。 在各向同性的非铁磁质中: 在各向同性的非铁磁质中
鞍山科技大学 姜丽娜 15
第9章 磁场中的磁介质
(magnetic medium in magnetic field)
§9.1 磁介质对磁场的影响 §9.2 原子的磁矩 §9.3 磁介质的磁化 §9.4 H的环路定理 的环路定理 §9.5 铁磁质
鞍山科技大学 姜丽娜 1
第9章 磁场中的磁介质
(magnetic medium in magnetic field)
在各向同性的均匀无限大介质中，磁场强度与介质无关。 注意 :在各向同性的均匀无限大介质中，磁场强度与介质无关。
鞍山科技大学 姜丽娜 11
例题: 一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n， 例题 一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为 ，螺线管内充 的均匀磁介质。导线圈内通电流I， 满相对磁导率为µ r 的均匀磁介质。导线圈内通电流 ，求管内 磁感应强度和磁介质表面的束缚电流密度。 磁感应强度和磁介质表面的束缚电流密度。 解: 由安培环路定理: 由安培环路定理 a d → B P
l
→ H b c
× × × × × × × × × × × × × × ×× × ×× ×
鞍山科技大学 姜丽娜
12
§9.5 铁磁质
一、实验现象: 实验现象:
当线圈中通有电流I时 在铁磁介质中 当线圈中通有电流 时,在铁磁介质中 的磁场强度： 的磁场强度： I I
由H可以求出 或M。 可以求出B或 。 可以求出
o r
二、基本特性: 基本特性:
1、磁导率>>1 磁导率>>1 磁导率与B 2、磁导率与B有关 存在磁滞效应现象。 3、存在磁滞效应现象。 超过居里温度变为顺磁质。 4、超过居里温度变为顺磁质。 5、有饱和状态 。
鞍山科技大学 姜丽娜 13
三、基本概念: 基本概念:
1、磁化曲线: 磁化曲线: 关于试样的H-B(或H-M)关系曲线以表示试样的磁化特点。 关系曲线以表示试样的磁化特点。 关于试样的 或 关系曲线以表示试样的磁化特点 磁滞回线： 2、磁滞回线：磁化曲线所形成的闭合曲线。 B Br ——剩磁 剩磁(H=0) a 剩磁 b B , µr B-H c -Hc
实验表明： 实验表明：各向同性磁介质 i 与 dr 相连的总分子电流 θ → M → B ——n单位体积内的分子数。 单位体积内的分子数。 单位体积内的分子数
面束缚电流密度： 面束缚电流密度：
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8
面束缚电流 dI’
L dI’ → dr → M
dl → M
鞍山科技大学 姜丽娜
2
实验发现： 磁介质中的磁感应强度： 实验发现： 磁介质中的磁感应强度：
注意： 只与磁介质的种类有关。 注意：µr——只与磁介质的种类有关。 只与磁介质的种类有关 4磁介质分类 磁介质分类: 磁介质分类 第一类:顺磁质和抗磁质 磁化后产的磁性都很弱,属于弱磁材料 顺磁质和抗磁质, 属于弱磁材料; 第一类 顺磁质和抗磁质 磁化后产的磁性都很弱 属于弱磁材料 (1)顺磁质 顺磁质: 顺磁质 如:铝、 氧 等。 铝 顺磁质—— 顺磁质—— µr＞１如：氧、铝等（µr=1＋ 10-5） ＋ (2)抗磁质 抗磁质: 抗磁质 抗磁质—— µr＜１如：铜µr=1－ 10-5 抗磁质 － 第二类:铁磁质 磁化后能产生极强的磁性,是强磁性材料 是强磁性材料。 第二类 铁磁质, 磁化后能产生极强的磁性 是强磁性材料。 铁磁质 纯铁、 如:纯铁、硅钢、坡莫合金。 纯铁 硅钢、坡莫合金。 铁磁质—— µr>>1 ,如 :纯铁（µrｍａｘ=５× 10３） 铁磁质 如
I I Bo——载流体在真空中产生的磁感应强度； 载流体在真空中产生的磁感应强度； 载流体在真空中产生的磁感应强度 B’——磁化电流产的附加磁感应强度； 磁化电流产的附加磁感应强度； 磁化电流产的附加磁感应强度 B——介质内的合磁感应强度； 介质内的合磁感应强度； 介质内的合磁感应强度 3.磁介质中的磁感应强度 磁介质中的磁感应强度: 磁介质中的磁感应强度 I
介质内与任意闭合路径L铰链的总束缚电流： 介质内与任意闭合路径 铰链的总束缚电流： 铰链的总束缚电流
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§9.4 H的环路定理 的环路定理
有磁介质时的恒定磁场中，任意点磁感应强度： 有磁介质时的恒定磁场中，任意点磁感应强度： 自由电流 Io的磁场 安培环路定理: 安培环路定理 束缚电流I 束缚电流 ′磁场
µ r -H
O
O
f Hc ——矫顽力 矫顽力 (B完全消失 完全消失) 完全消失
H
d
e -Br
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铁磁质中B和 铁磁质中 和µr随H变化的曲线 姜丽娜 磁滞回线 变化的曲线 鞍山科技大学
B
B
O
O
H
H
软磁材料磁滞回线 3、居里点： 居里点：
硬磁材料磁滞回线
铁磁材料特性消失而成为顺磁材料时的温度。 铁磁材料特性消失而成为顺磁材料时的温度。
电子内禀自旋角动量： 电子内禀自旋角动量： 电子内禀自旋磁矩： 电子内禀自旋磁矩：
——玻尔磁子 玻尔磁子
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§9.3 磁介质的磁化
一、介质的磁化过程： 介质的磁化过程： → mi i → B （a） ） 二、磁化强度 （b） ）
磁化电流
—— 单位体积内分子磁矩的矢量和。 单位体积内分子磁矩的矢量和。 单位： 单位：
§9.1 磁介质对磁场的影响
一、磁介质中的磁感应强度 1.磁介质 实体物质在磁场作用下呈现磁性 该物体称磁介质。 磁介质:实体物质在磁场作用下呈现磁性 该物体称磁介质。 磁介质 实体物质在磁场作用下呈现磁性,该物体称磁介质 2.磁化 磁介质在磁场中呈现磁性的现象称为磁化。 磁化:磁介质在磁场中呈现磁性的现象称为磁化 磁化 磁介质在磁场中呈现磁性的现象称为磁化。 介质 真空
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如:汞、铜、氢等 汞
3
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§9.2 原子的磁矩
一、载流线圈的磁偶极矩（磁矩）： 载流线圈的磁偶极矩（磁矩）： 二、电子的磁矩 电子以速率 v 运动 电流强度 1、轨道磁矩
→ m
I
→ m
-
I
轨道角动量： 轨道角动量：
r
+
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按照量子力学： 按照量子力学： 2、自旋磁矩
L I0 dI’ → dr → M
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一、磁场强度 H
的安培环路定理： 二、H 的安培环路定理：
在磁场中H矢量沿任一闭合回路的线积分 等于该回路所 在磁场中 矢量沿任一闭合回路的线积分,等于该回路所 矢量沿任一闭合回路的线积分 套合的各传导（自由）电流强度的代数和。 套合的各传导（自由）电流强度的代数和。 在各向同性的非铁磁质中: 在各向同性的非铁磁质中
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第9章 磁场中的磁介质
(magnetic medium in magnetic field)
§9.1 磁介质对磁场的影响 §9.2 原子的磁矩 §9.3 磁介质的磁化 §9.4 H的环路定理 的环路定理 §9.5 铁磁质
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第9章 磁场中的磁介质
(magnetic medium in magnetic field)
在各向同性的均匀无限大介质中，磁场强度与介质无关。 注意 :在各向同性的均匀无限大介质中，磁场强度与介质无关。
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例题: 一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n， 例题 一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为 ，螺线管内充 的均匀磁介质。导线圈内通电流I， 满相对磁导率为µ r 的均匀磁介质。导线圈内通电流 ，求管内 磁感应强度和磁介质表面的束缚电流密度。 磁感应强度和磁介质表面的束缚电流密度。 解: 由安培环路定理: 由安培环路定理 a d → B P
l
→ H b c
× × × × × × × × × × × × × × ×× × ×× ×
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§9.5 铁磁质
一、实验现象: 实验现象:
当线圈中通有电流I时 在铁磁介质中 当线圈中通有电流 时,在铁磁介质中 的磁场强度： 的磁场强度： I I
由H可以求出 或M。 可以求出B或 。 可以求出
o r
二、基本特性: 基本特性:
1、磁导率>>1 磁导率>>1 磁导率与B 2、磁导率与B有关 存在磁滞效应现象。 3、存在磁滞效应现象。 超过居里温度变为顺磁质。 4、超过居里温度变为顺磁质。 5、有饱和状态 。
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三、基本概念: 基本概念:
1、磁化曲线: 磁化曲线: 关于试样的H-B(或H-M)关系曲线以表示试样的磁化特点。 关系曲线以表示试样的磁化特点。 关于试样的 或 关系曲线以表示试样的磁化特点 磁滞回线： 2、磁滞回线：磁化曲线所形成的闭合曲线。 B Br ——剩磁 剩磁(H=0) a 剩磁 b B , µr B-H c -Hc