磁场中介质
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磁场中的磁介质
矩
e ev 电子电流 I 2r / v 2r ev evr 2 m IS r 2r 2
m en
I S
e L 2m e
角动量 L me vr
二、原子的磁矩
2.电子的量子轨道磁矩
h L m, m 0,1,2, 1.05 10 34 J S 2 e 24 一个可能的值 m 9.27 10 J / T 2m e
分子电流为
dI n a 2 dr cos i
n m dr cos
M dr cos M dr
dI M dr
三、磁介质的磁化
若 dr 选在磁介质表面，则 d I 为面束缚电流。
面束缚电流密度
dI M cos M r j dr
电流为i，半径为 a，分子磁 矩为 m ,任取一微小矢量 dr 2 a 元 dr ，它与外磁场 B 的夹角 m i 为，则与 dr 套住的分子电 流的中心都是位于以为 dr 轴、 以 a2 为底面积的斜柱体内。 i
m
B
三、磁介质的磁化
若单位体积内的分子数为n ，则与 dr 套连的总
2.磁化强度
单位体积内分子磁矩的矢量和称作磁介质的 磁化强度。 mi M V
单位 安每米（A/m）
3.实验规律
实验发现，在外磁场不是很强时，对所有磁 介质
r 1 M BB
0 r
三、磁介质的磁化
3.束缚电流与磁化强度之间的关系
以顺磁质为例 , 等效分子
电子的自旋磁矩（内禀磁矩） 电子自旋角动量 内禀磁矩
s 2
玻尔磁子
e e mB s 9.27 10 24 J / T me 2me
e ev 电子电流 I 2r / v 2r ev evr 2 m IS r 2r 2
m en
I S
e L 2m e
角动量 L me vr
二、原子的磁矩
2.电子的量子轨道磁矩
h L m, m 0,1,2, 1.05 10 34 J S 2 e 24 一个可能的值 m 9.27 10 J / T 2m e
分子电流为
dI n a 2 dr cos i
n m dr cos
M dr cos M dr
dI M dr
三、磁介质的磁化
若 dr 选在磁介质表面，则 d I 为面束缚电流。
面束缚电流密度
dI M cos M r j dr
电流为i，半径为 a，分子磁 矩为 m ,任取一微小矢量 dr 2 a 元 dr ，它与外磁场 B 的夹角 m i 为，则与 dr 套住的分子电 流的中心都是位于以为 dr 轴、 以 a2 为底面积的斜柱体内。 i
m
B
三、磁介质的磁化
若单位体积内的分子数为n ，则与 dr 套连的总
2.磁化强度
单位体积内分子磁矩的矢量和称作磁介质的 磁化强度。 mi M V
单位 安每米（A/m）
3.实验规律
实验发现，在外磁场不是很强时，对所有磁 介质
r 1 M BB
0 r
三、磁介质的磁化
3.束缚电流与磁化强度之间的关系
以顺磁质为例 , 等效分子
电子的自旋磁矩（内禀磁矩） 电子自旋角动量 内禀磁矩
s 2
玻尔磁子
e e mB s 9.27 10 24 J / T me 2me
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
I
m IS
6
物理学
19 有介质时磁场
第五版
3 顺磁质和抗磁质的磁化
顺 磁 质 : 分子具有固有磁矩
表
面出Biblioteka B0 B现磁 化 电 无外磁场
Is 有外磁场
流
顺磁质内磁场 B B0 B'
I
B0越强，温度越 低（热运动缓慢） 分子磁矩排列越 整齐, 磁化面电流 越大, 磁化越厉害。
7
物理学
19 有介质时磁场
19 有介质时磁场
问题的提出
–为什么物质对磁场有响应?
–为什么不同类型的物质具有不同的磁性？
–与物质内部的电磁结构有着密切的联系
安培的分子电流
–磁介质的“分子”相当于一个环形电流， 具有磁矩——分子磁矩，在外磁场的作 用下可以自由地改变方向
3
物理学
第五版
1 分子的磁矩
电子的轨道磁矩
I q e ev
电子磁矩的取值，等于玻尔磁子
mB
e 2me
9.271024J/T
的整数倍。
5
物理学
第五版
19 有介质时磁场
原子核的磁矩等于核磁子的整数倍
核磁子
e 2m p
玻尔磁子
e 2m e
原子核的磁矩可以忽略。
分子的固有磁矩
所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和
经典电磁学：用圆电流
S
等效固有磁矩 －“分子电流模型”
I
r
d
（2）圆柱体外面一点Q 的磁感强度.
I
R
r
18
物理学
第五版
19 有介质时磁场
解 rdR
l H dr I
B H 0r I
第7章磁场中的磁介质.ppt
第7章 磁介质
§7.1 磁介质对磁场的影响
§7.2 原子的磁矩
§7.3 磁介质的磁化
§7.4 H的环路定理
§7.5 铁磁质 §7.6 简单的磁路
1
一、磁介质 二、 磁介质磁化的微观机理
三、磁化电流与磁化强度
四、H的环路定理 五、铁磁质 六、简单的磁路
2
一、磁介质
1.磁介质的定义 在磁场中会受磁场影响而发生 变化,反过来又对磁场产生影响 的物质就叫磁介质. 2.磁介质对磁场的影响 均匀介质充满磁 场的情况下
得：
H dr I 0内
L
•H 的单位： A/m （ SI ）；
•真空： M 0 ，H B
0
18
2. B, M , H 的关系
各向同性磁介质 r 1 将 M B 代入 0 r 各向同性电介质 P 0 r 1E D 0E P
3. 磁化规律
各向同性磁介质 (顺磁质或抗磁质)
各向同性电介质
r 1 1 1 M B (1 ) B 0 r 0 r
P 0 r 1E
0 r
介质的 磁导率
0 r
介质的介 电常数
15
四、H的环路定理 1. H的环路定理
L
NI H nI 2πr 细螺绕环
R1 R2 r
O R1 r R2
22
NI H nI 2πr
B H nI
M ( r 1) H ( r 1)nI
j M 表
代入数据
M 7.94 10 A/m
5
7.94 10 5 A/m j
23
j 7.94 10 A/m
§7.1 磁介质对磁场的影响
§7.2 原子的磁矩
§7.3 磁介质的磁化
§7.4 H的环路定理
§7.5 铁磁质 §7.6 简单的磁路
1
一、磁介质 二、 磁介质磁化的微观机理
三、磁化电流与磁化强度
四、H的环路定理 五、铁磁质 六、简单的磁路
2
一、磁介质
1.磁介质的定义 在磁场中会受磁场影响而发生 变化,反过来又对磁场产生影响 的物质就叫磁介质. 2.磁介质对磁场的影响 均匀介质充满磁 场的情况下
得：
H dr I 0内
L
•H 的单位： A/m （ SI ）；
•真空： M 0 ，H B
0
18
2. B, M , H 的关系
各向同性磁介质 r 1 将 M B 代入 0 r 各向同性电介质 P 0 r 1E D 0E P
3. 磁化规律
各向同性磁介质 (顺磁质或抗磁质)
各向同性电介质
r 1 1 1 M B (1 ) B 0 r 0 r
P 0 r 1E
0 r
介质的 磁导率
0 r
介质的介 电常数
15
四、H的环路定理 1. H的环路定理
L
NI H nI 2πr 细螺绕环
R1 R2 r
O R1 r R2
22
NI H nI 2πr
B H nI
M ( r 1) H ( r 1)nI
j M 表
代入数据
M 7.94 10 A/m
5
7.94 10 5 A/m j
23
j 7.94 10 A/m
§7.9 磁场中的磁介质
Chapter 7. 稳恒磁作场者：杨茂田 §7-9 磁场中的磁介质
P.
有磁介质时求磁场问题的一般方法：
自由电流(传导电流)I0i 分布
H dl L
I0i
( L内)
H ?
磁介质内：
H
I
2
r
M
m
H
(
0
1)
I
2
r
(解毕)
Chapter 7. 稳恒磁作场者：杨茂田 §7-9 磁场中的磁介质
( L内)
即
H
的安培环路定理。
强度的环路积分等于该 闭合路径所包围的自B由
电流代数和。
is
S
dl
L B,M
Chapter 7. 稳恒磁作场者：杨茂田 §7-9 磁场中的磁介质
P.
二、M、H、B 间的关系
H
B
0
M
M
m r 0
B
B H
M mH
抗磁质：μ r < 1， m 0； M与B反向。
顺磁质
氧 铝 钨 钛
m 0
2.09×10 - 6 2.3×10 - 5 6.8×10 - 5 7.06×10 - 5
抗磁质
氢 铜 铋 汞
m 0
－9.9×10 - 9 －9.8×10 - 6 －1.66×10 - 5 －3.2×10 - 5
P.
L
(
B
0
M) dl
I0i
( L内)
令： H
B
第七章 磁场中的磁介质
在圆柱外 取一同心回路
r r ∫ H ⋅ dl = I
l
H 2πr = I
(r > R)
I R
µ
0 r
I 得： H = 2πr
方向与I成右手螺旋关系 方向与 成右手螺旋关系
B
µ0 I B = µ0 H = 2πr
(r > R)
o
R
r
方向与I成右手螺旋关系 方向与 成右手螺旋关系 磁场分布如图
7 －3 一
（2）ω与B反向时 ） 反向时 此时洛伦兹力离心， 此时洛伦兹力离心，设轨 道半径不变， 道半径不变，由洛伦兹力 ∆ω方向与 引起的∆ω方向与ω 反向, 引起的∆ω方向与ω0反向 ∆ω， 有ω= ω0- ∆ω，同样分析 可得有同样的∆ω ∆ω值 可得有同样的∆ω值，且 ∆ω的方向仍与外磁场 的方向仍与外磁场B同 ∆ω的方向仍与外磁场 同 原有的磁矩m 向，原有的磁矩 0的改 变量为∆ ， 附加磁矩∆ 变量为∆m， 附加磁矩∆m 方向还是与外磁场B反向 方向还是与外磁场 反向 。 附加磁矩∆ 与 －附加磁矩∆m与B反向
r r r B = B0 + B′
对顺磁质B 对顺磁质 /与B0同向
则磁介质中的磁场为： 则磁介质中的磁场为：B=B0+B/ 顺磁场在外磁场中的磁化过程称为取向磁化。 顺磁场在外磁场中的磁化过程称为取向磁化。 取向磁化
对抗磁质， 对抗磁质，以电子轨道磁矩为例 加上外磁场后， 加上外磁场后，电子将受到洛 伦兹力。简单起见， 伦兹力。简单起见，设电子轨 道平面与磁场垂直。 道平面与磁场垂直。 （1）ω与B同向时 ） 同向时
解：在圆柱内取一同心回路
r r I Ir 2 H ⋅ dl = πr 2 = 2 ∫ πR2 R l
磁场中的磁介质ppt
第五版
一、 H矢量的安培环路定理
几点说明
15
磁场中的介质
H dl I0
L
（1）只与传导电流有关，与束缚电流无关
（2） H 与 D 一样是辅助量，描述电磁场
ED
B H
B 0 H
9
（3）在真空中： M 0 r 1
第五版
15
磁场中的介质
当外磁场由 H m 逐渐减小时，这种 B 的变化落后于H的变 化的现象，叫做磁滞 现象 ，简称磁滞. 由于磁滞， H 0 时，磁感强度 B 0 Br 叫做剩余磁感强 ， 度(剩磁).
Bm
H m Br
B
Q
P
Hm
H
O
P
'
Hc
Bm
磁滞回线 矫顽力
Hc
17
第七章 恒定磁场
r
第七章 恒定磁场
13
物理学
第五版
15
磁场中的介质
解 rd R
B H
dR
0 r I
H dl I
l
2π dH I
2π d H dl I I 0
l
r
I
2π dH 0 , H 0
d
I
B H 0
同理可求 d r , B 0
物理学
第五版
15
磁场中的介质
3 铁磁性材料 不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.
B B B
O
H
O
H
O
H
软磁材料
硬磁材料
第七章 恒定磁场
矩磁铁氧体材料
磁场与介质相互作
利用磁场进行磁场成像、磁场治疗和磁场 刺激等技术，如核磁共振成像技术。
磁场对生物体的影响机制
磁场与介质的生物医学应用研究
磁场可以影响生物体内的自由基水平、酶 活性、细胞膜通透性和细胞信号转导等过 程。
磁场与介质相互作用在生物医学领域的应 用研究是一个重要的研究方向，具有广阔 的应用前景和发展潜力。
05
物理学与其他学科的交叉
磁场与介质相互作用涉及到物理学的多个领 域，如固体物理学、表面物理学、光学等， 开展交叉学科研究有助于从多个角度深入理 解这一现象。
磁场与介质相互作用在生 物医学中的应用
磁场与介质相互作用在生物医学领域也有广 泛的应用前景，如磁场导向药物、磁场辅助 的肿瘤治疗等，这些研究将有助于推动生物
磁场与介质相互作用
目 录
• 磁场与介质相互作用概述 • 磁场对介质的影响 • 介质对磁场的影响 • 磁场与介质的实际应用 • 磁场与介质相互作用的未来发展
01
磁场与介质相互作用概述
磁场与介质的定义
磁场
磁场是存在于磁体或电流周围的 空间场，能够影响处于其中的其 他磁体或电流。
介质
介质是指能够传递和影响能量的 物质，如气体、液体和固体。
电磁屏蔽
电磁屏蔽是同时对电场和磁场进行屏蔽的效应。通过使用导电性能良好的材料， 可以将外部的电磁场与内部隔离，从而保护内部设备不受干扰。
介质对磁场传播的影响
磁场传播速度
在介质中，磁场传播的速度受到介质磁导率和介电常数的影响。一般来说，磁场传播速度小于真空中的光速。
磁场能量衰减
在介质中传播时，磁场能量会随着传播距离的增加而逐渐衰减。衰减的程度取决于介质的磁导率和介电常数等因 素。
磁场与介质相互作用的理论研究
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1978年，王安公司已成为世界上最大的WPS生产厂家。 1979年，Micropro公司推出第一个文字处理软件“文字
之星”(WordStar)
1980年，另一家公司推出“文字完美”(WordPerfect)软 件。这两种软件使王安的文字处理系统如日中天。 王安公司在1983年的营业额猛增至15亿美元，位居全美 电脑公司第七位。在《福布斯》杂志的“美国400名最富有的
1 顺磁质的磁化
Is
B0
m
I
分子圆电流和磁矩
无外磁场
有外磁场
抗磁质内磁场 B B0 B' 2 抗磁质的磁化（略）
' B B B 抗磁质内磁场 0
二 磁化强度
M
分子磁矩的矢量和 体积元
pm V
（安/米）
意义 磁介质中单位体积内分子的合磁矩.
§12-2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度
Bm
H m Br
O
B
Q
P
Hm
H
P
'
Hc
Bm
矫顽力
Hc
四 铁磁性材料
实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相 差很大.
B B B
O
H
O
H
O
H
软磁材料
硬磁材料
矩磁铁氧体材料
五
磁屏蔽
把磁导率不 同的两种磁介质 放到磁场中，在
它们的交界面上
磁场要发生突变， 引起了磁感应线 的折射.
磁屏蔽示意图
B
H
王 安
和矩 计磁 算铁 机氧 存体 储材 器料
王 安 传 奇
1920年2月7日生于上海。16岁进入上海交通大学， 电子工程学专业。 1945年哈佛大学，攻读应用物理学博士学位。 1949年10月21日，王安申请了“存储磁芯”的专
利。
1951年离开哈佛大学，创办王安实验室。
1954年，实验室改组为王安股份有限公司。这期间，王 安用存储磁芯、移位寄存器、逻辑电路等元件设计脉冲协调 计数装置。 50年代末起，王安公司开发半自动照相排字系统。随后， 王安转向台式计算器的开发。
和矩形磁滞回线。”
本次课完
年11月16日达成协议：提成费250万美元。但是，王
安最后只拿到50万美元。 与IBM作战，成为王安一生的信念。
今天，王安公司、王安实验室已经不复存在了。
但是，王安传奇的一生就象他在计算机业中的核
心地位那样，仍然被后人所铭记。
《商业周刊》最后说，像许许多 B
多的来自世界各地的移民一样，王安
曾用自己的聪明才智来帮助建设一个 更加美好的美国。 “在我的大脑里永远记忆着王安 H
r
I 2πd H I H 2πd
l
I
d
B H
0 r I
2πd
R
dR
H dl I I 0
l
2 π d H 0, H 0
B H 0
可以直接有
r
I
B 2d B dl 0
l
d
I
B0
R
1990年，王安因癌症病逝，终年70岁。 1992年，王安公司宣布破产保护。此后调整业务重点， 以服务为主，逐步走出困境，走回健康发展之路。1999年， 终被人购并。
比尔.盖茨的评价： 如果王安能完成他的第二次战略转移的 话，世界上可能没有今日的微软公司。他， 比尔.盖茨，也不会成为个人电脑时代的英雄。
兼容。王安公司走到了一个十字路口：要么开发与IBM兼容的 开放型个人电脑，要么继续研发自己系列的个人电脑和软件。 遗憾的是，王安选择了后者。
1986年1月，重病在身的王安让儿子王列接任公司总裁。 可是，王列没有王安那样几十年的奋斗经历，也缺少王安那 样的开拓精神和魄力。一年之中亏损了4.24亿美元，公司股 票三年中下跌90％。
r
同理可求
d r, B 0
§12-3 铁磁质
一 磁畴 无 外 磁 场 有 外 磁 场
B
二 磁化曲线 铁磁质 不是常数
B
Bmax
O M
N
P
B H曲线
H
三 磁滞回线
当外磁场由 H m 逐渐减小时， 磁感强度B 并不沿起始曲线0P 减小，而是沿PQ比较缓慢的减 小，这种 B 的变化落后于 H 的变化的现象，叫做磁滞现象， 简称磁滞. 由于磁滞，当磁场强度减 小到零(即H=0 )时，磁感强度 B 0，而是仍有一定的数值Br ， Br叫做剩余磁感强度(剩磁). 磁滞回线
“我可能就在某个地方成为一位数学家，或
是一位律师。”
美国商业周刊：过去75年中最伟大的发明家
《王安：计算机时代的核心》：
王安发明了计算机磁芯存储系统，是王安实验
室的创始人，也以波士顿最伟大的慈善家而闻名
遐迩。
上个世纪80年代，在美国最大的2000家公司中 就有80％以上的公司使用王安公司的办公设备， 王安实验室在1984年的利润就达2.1亿美元，销售 额则高达22亿美元。
王安与IBM 初到美国，王安曾经投奔IBM。但是接待他的人 却说：“IBM是美国一流的企业，搞的是高科技。矮 小的中国人能行吗？还是到哪个汽车修理厂去碰碰运 气吧。”[王安自传《教训》 (Lessons) ]
1949年10月21日，王安申请了“存储磁芯”的专
利。IBM意识到这项发明商业应用前景，双方在1953
人物”名单上，个人财富一度达到20亿美元，为全球第五富 翁及华人首富。
80年代计算机工业的发展速度减缓。
1985年，计算机业的年增长率为20％，而1989年则降到 5％，客户们的兴趣已转移到个人电脑和小型工作站，而不是 小型机和文字处理机。一些公司为了迎合客户的兴趣，开始 生产个人电脑（PC）。
1985年，王安公司首次出现亏损。王安决定开发自己的 个人电脑，并在几周后问世。 从硬件上讲，王安个人电脑性能可靠，速度是IBM电脑的 三倍。但是它却有一个致命的弱点：它的软件与IBM软件不能
第12章
磁场中的介质
(本章一次课讲完) 安徽理工大学 物理教研室
§12-1 磁介质 磁化强度
一 磁介质
' B B0 B
磁介质中的 总磁感强度 真空中的 磁感强度 附加磁 感强度
顺磁质: B B0 ， B 与B0 同向，铝、氧、锰等 ' 弱磁质 抗磁质: B B0 ， B 与B0 反向，铜、铋、氢等 铁磁质:B B0， B 与B0 同向，铁、钴、镍等
I
B C
分子磁矩
pm I π r 2
分子电流
I s n π r 2 L I ' npm L
A
L
BC
D
B dl B dl 0 I i
l
n（单位体积分子磁矩数）
p M V
m
0 ( NI I s )
传导电流 分子电流
npm
Is ML
I
B C
B dl 0 ( NI I s )
l
Is
ML M dl
BC
A
L
D
I s M dl
l
B dl 0 ( NI M dl )
l l
磁介质中的安培 环路定理
H dl I
60年代王安公司独步天下。
1970年起，英特尔芯片的问世，计算器市场突变。王安全 面撤出计算器市场。
1971年11月，王安公司推出1200型文字处理机。这是当时
世界上最先进的文字处理设备，马上引起新闻界的高度兴趣。
1972年,推出改进型的2200文字处理系统(WPS)。针对越来 越激烈的竞争局面，王安公司调整策略，决定新一代WPS的重点 不是在打字机上，而是调转头来，把注意力集中在文秘们对计 算机的要求上。 1976年6月，当世界首次文字处理机展销会在纽约开幕时， 王安公司展出全新的文字处理系统，成为展销会的最轰动的事 件。这套售价高达3万美元的文字处理系统，终于使秘书们可以
l
B l ( 0 M ) dl NI I
H 磁场强度
各向同性磁介质
B 0 r H H
磁导率
0 r
相对磁导率
r
1 1
顺磁质
抗磁质
1 铁磁质 （非常数）
例 有两个半径分别为 R 和 的“无限长”同轴圆 r 的磁介 筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 质.当两圆筒通有相反方向的电流 时，试求 I ①磁介质中任意点 P 的磁感应强 度的大小; r ②圆柱体外面一点 Q 的磁感强度. I 解 对称性分析 r rd R H dl I