介质的磁化(中文)
磁介质的磁化与磁滞现象
磁介质的磁化与磁滞现象磁介质是一类特殊的材料，它在外加磁场的作用下会发生磁化现象。
磁化是指磁介质中原子或分子的磁矩在外加磁场的作用下发生定向排列的过程。
那么，磁介质的磁化是如何发生的呢？要了解磁介质的磁化过程，首先需要知道磁介质是由多个微小的磁畴组成的。
每个磁畴都具有一定的磁矩方向，但在没有外加磁场时，各个磁畴的磁矩方向是杂乱无章的。
当外加磁场作用于磁介质时，它会对磁畴的磁矩施加一个力矩，试图使磁矩与外加磁场方向相同。
由于各个磁畴之间存在互相影响的相互作用力，使得磁化过程并不是瞬时发生的。
在外加磁场作用下，磁介质中的磁矩会逐渐定向，并在达到平衡状态后保持一定的方向。
这个过程称为磁化过程。
磁滞现象是磁介质在磁化和去磁化过程中所显示出的一种特殊现象。
当外加磁场逐渐增大时，磁介质的磁化程度也随之增大。
然而，在达到一定磁场强度时，磁化程度不再随着外加磁场的增加而增大，而是停滞不前或增长速度变缓。
这个临界点称为饱和磁场强度。
同样，在减小外加磁场的过程中，磁介质的磁化程度也不是立即减小的。
相反，其磁矩仍然保持一部分定向，直到达到另一个临界点，也就是剩余磁场强度。
在这之后，磁介质中的磁矩会迅速消失，回到没有外加磁场时的状态。
磁滞现象是由于磁介质分子或原子之间存在着一定的耦合力。
当外加磁场改变其方向时，磁介质分子或原子不会立即跟随改变，而会保持一定的反向或相对不变的磁矩方向，这就导致了磁滞现象的出现。
磁滞现象不仅仅是磁介质的特性，它在很多应用中都起到重要的作用。
例如，磁滞回线的图像可以用于磁性材料的检测和识别。
在磁存储设备中，磁滞现象也被用来存储信息。
通过合理地控制外加磁场的大小和方向，可以实现信息的写入和读出。
除了磁滞现象外，磁介质的磁化还受到一些其他因素的影响。
温度是影响磁介质磁化性能的重要因素之一。
随着温度的升高，磁介质内部的原子或分子热运动增强，磁畴的稳定性减弱，从而降低了磁化程度。
此外，磁介质的组成和结构也会对磁化性能产生影响。
磁介质的磁化与磁化强度的计算
磁介质的磁化与磁化强度的计算磁介质是一类能够被磁化并保持磁化状态的物质。
它的磁化过程和磁化强度的计算对于理解磁性材料的性质和应用具有重要意义。
本文将详细介绍磁介质的磁化过程以及如何计算磁化强度。
1. 磁化过程磁介质的磁化过程可以分为自由磁化和感应磁化两个阶段。
自由磁化是指在磁场的作用下，磁介质中的磁性微区域（磁畴）发生磁矩定向的过程。
在自由磁化过程中，磁介质内部的磁矩会逐渐定向，并在达到饱和磁化强度时停止变化。
饱和磁化强度是指磁介质中所有磁矩都在磁场的作用下达到最大定向程度的状态。
感应磁化是指在外加磁场存在的情况下，磁介质中的磁矩发生进一步的调整，以适应外加磁场的变化。
感应磁化过程中，磁介质的磁矩会随着外加磁场的变化而变化，但总体上仍保持相对的定向。
2. 磁化强度的计算磁化强度是描述磁介质磁化程度的物理量，用字母H表示。
磁化强度的计算方法根据磁场类型的不同而有所不同。
对于恒定磁场，磁化强度可以通过以下公式计算：H = B/μ0 - M其中，B为磁感应强度，μ0为真空中的磁导率，M为磁化强度。
恒定磁场中，磁化强度的方向和磁感应强度的方向相同。
对于交变磁场，磁化强度可以通过以下公式计算：H = Im(B)/μ0 - M其中，Im(B)为磁感应强度的实部，μ0为真空中的磁导率，M为磁化强度。
交变磁场中，磁化强度的方向和磁感应强度的实部方向相同。
需要注意的是，磁化强度和磁感应强度的单位一般为安培/米（A/m）。
3. 磁介质的应用磁介质由于其特殊的磁化特性，在很多领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的磁介质应用：（1）磁存储器件：磁介质的磁性能使其成为磁存储器件（如硬盘驱动器、磁带等）中的重要组成部分。
（2）变压器：磁介质广泛应用于变压器中，通过磁化和磁感应的相互作用来实现电能的传输和转换。
（3）磁共振成像：磁介质的磁性质使其成为核磁共振成像（MRI）技术中的重要材料，用于获取人体内部的磁共振信号。
（4）磁随机存取存储器：磁介质的磁性使其成为磁随机存取存储器（MRAM）等新型存储器件的关键部件。
磁介质的磁化磁化电流磁化强度
一、有介质时的环路定理
真
空
L
B
dl
0
I内
（1）
S B dS 0 （2）
考虑到磁化电流（1）式则需加以修正
12
设：I0─ 传导电流 I ─ 磁化电流
B dl 0 (I0内 I内 )
L
0 I0内 0 M dl
磁 介 质
I
I0
L
L
B (
0
M
L
) dl
I0内
定义
H
pm
5
3.磁化电流
由于分子磁矩的取向一致 考虑到它们相对应的
分子电流
如 长直螺线管内部充满均匀的各向同性介质将 被均匀磁化
均匀磁 场
B
pm
螺线管截面
I
视频安培
表面电流
6
三、磁化强度
1.磁化强度
pmi
M lim i
ΔV 0 ΔV
对比电介质
极化强度
pei
P lim i
ΔV 0 ΔV
2.磁化强度与磁化电流的关系
1926年海森堡用量子力学中的交换力解 释了磁偶极子间相互作用的起源
1935年 朗道和栗佛希兹从磁场能量的 观点说明了磁畴的成因
磁畴
纯铁
硅铁
钴
Si-Fe单晶 (001)面的 磁畴结构
箭头表示 磁化方向
0.1mm
单晶磁畴结构 示意图
多晶磁畴结构 示意图
磁滞损耗 在交变电磁场中 铁磁质的反复磁化 将引起介质的发热 称为磁滞损耗 实验和理论都可以证明 磁滞损耗和磁 质回线所包围的面积成正比
介质的相对磁导率
与介质有关的电流产生
r1 r 1 r >>1
磁化电流密度
( ) , ( ) 。其次在铁电和铁磁物质或强场
情况下，P与E , M与H 之间将不再是齐次线性关系。 另外，对于各向异性的介质来说，介电常数和导磁
系数都是张量，场强和感应场强之间的关系推广为
Di ij E j ,
Bi ij H j , i, j 1,2,3
称为极化电流密度
P1
h
通过薄层进入介质2的正电荷为P2 ds ，由介质1 通过薄层下侧面进入薄层的正电荷为 因此薄层 P 1 ds 出现的净余电荷为
dQp ( P2 P 1 ) ds
以 p 为极化电荷面密度，则有 ˆ ds p ds ( P2 P ) d s ( P P ) n 1 2 1 得到
S V
即
p P
b) 极化电流密度与极化强度的关系
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷的
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化尾闾。
相对位移也将随时间改变，由此产生的电流称为极 化电流。极化电流和极化电荷也满足连续性方程：
p jp 0 t
即
p P jp P t t t
对 jm两边取散度，得
jm M
jm 0
这就说明磁化电流不引起电荷的积累，不存在磁化 电流的源头。
b) 磁化电流面密度与磁化强度的关系 对于均匀介质，磁化后介质内部的 M 为一常矢 量。可见 jm M 0 ，即介质内部 jm 0 。但
的总磁化电流： I m ina dl M dl
L
L
以 jm 表示磁化电流密度，有
简述磁介质磁化的过程
简述磁介质磁化的过程磁介质磁化的过程是指磁介质中的磁场通过线圈、电流或其他方式被生成、变化和维持的过程。
磁介质磁化是通过将磁介质中的磁场磁化来实现的。
这是一种机械、电磁、物理学中大量用到的过程。
此外，它也是许多电子设备，比如磁带、磁性存储设备及磁性记忆器中使用的重要技术。
磁介质磁化的基本过程是：磁介质和磁体之间存在相互作用，其主要原理是磁场的磁场线在磁体表面上形成微小的微环，从而形成一种微环磁场，从而使磁介质内的磁性物质磁化。
首先，将磁体放置在磁介质中，磁介质会吸收磁体表面上磁场线的能量，因此磁介质会受到磁场的影响，并会受到磁场的作用，从而磁介质中的磁性物质会被磁化。
其次，磁场的作用会使磁介质中的磁性物质产生磁力，磁力会改变磁介质中磁场的方向，从而使磁介质中的磁性物质被磁化。
磁介质磁化后，磁体上所有的磁性物质都会受到磁场的影响，并会受到磁场的磁力的影响，从而使所有的磁性物质都能够被磁化。
磁化过程中，当磁体上的磁场太强时，磁介质内的磁性物质会被磁化得更强，如果磁体上的磁场太弱则磁介质内的磁性物质会被磁化得更弱。
因此，为了获得良好的磁介质磁化效果，需要选择合适的磁体强度。
最后，磁介质磁化后，磁介质中的磁场会改变，也就是磁介质会被磁化。
磁介质磁化后，磁介质的外部特性会发生变化，这些外部特性主要受到磁介质的磁化程度和磁体强度的影响。
总之，磁介质磁化的过程是指磁介质中的磁场通过线圈、电流或其他方式被生成、变化和维持的过程。
磁介质磁化过程需要磁介质和磁体之间存在相互作用，从而使磁介质中的磁性物质磁化，磁介质磁化后会使磁介质外部特性发生变化。
因此，磁介质磁化也是许多电子设备，比如磁带、磁性存储设备及磁性记忆器中使用的重要技术。
第六章-磁介质概要
没有外磁场时 Ze2
4 0 r 2
m02r
(1) B
Ze2
40r 2
erB
m 2r
将 0 带入可得
Ze2
4 0 r 2
e0rB
erB
m02r 2m0r m()2 r
eB 或 e B
2m
2m
(2) B 此时 0 仍有 e B
2m
m0
er 2 2
0
m er2 e2r2 B
1.软磁材料 磁滞回 线狭长，磁滞损耗小，适用于交变磁场中。具有高的 磁导率和高的电阻率。
2.硬磁材料（永磁体）
永磁体(permanent magnet)是在外加的磁化场去掉后仍保留一定的
（最好是较强的）剩余磁化强度M（R 或剩余磁感应强度BR）的物体。 永磁体的作用是在它的缺口中产生一个恒定的磁场。做永磁铁的材
6.3.2 顺磁质和抗磁质
绕原子核轨道旋转运动的电子 相当于一个电流环，从而有一 定的磁矩称为轨道磁矩；
与电子自旋运动相联系的磁矩 叫做自旋磁矩；
由于电子带负电，其磁矩m和角速
度 的方向总是相反的。
I e e T 2
环形电流面积S r2
磁矩m
ISen
er 2 2
磁介质的分子可以分为两大类：一类分子中各电子 磁矩不完全抵消，因而整个分子具有一定的固有磁 矩；另一类分子中各电子的磁矩相互抵消，因而整 个分子不具有固有磁矩。
(L)
( L内)
在真空中M
0，H
B
0Leabharlann 或B=0 HH的单位：A/m或奥斯特(Oe),1A / m 4 103Oe
磁感应强度B所满足的“高斯定理”： B dS 0无论
(S)
介质的电磁性质
介质表面均匀分布着等量异号的极化电荷.
板外：E外 E0
板内：E1 E0 E仍为均匀电场。 A
E1 E1t E1n
利用边值关系 E1t E2t E sin
D1n
D2n
E
cos
E1n
E
cos
E1
E1t2 E2t2
sin2 ( cos )2 E
E1,n的夹角
tg
E1t E1n
些有极分子在电场作用下按一定方向有序排列，从 宏观上来看这两种行为都相当于产生了一个电偶极 矩。在电磁学中，曾引进了极化强度矢量：
pi
P i V
其中 pi是第 i 个分子的电偶极矩，即
求和是对 V体积中所有分子进行的。
pi qili
a) 极化电荷体密度与极化强度的关系
由于极化，正负电荷间发生了相对位移，每处的 正负电荷可能不完全抵消，这样就呈现宏观电荷，
负电荷，即
S
Qp Q P dS S
因为
Qp V pdV
式中V是S所包围的体积，所以
V pdV P dS V PdV S
即
p P
由此可见，负电荷为极化源头，正电荷为极化 尾闾。
b) 极化电流密度与极化强度的关系
当电场随时间改变时，极化过程中正负电荷 的相对位移也将随时间改变，由此产生的电流称
由n D2 D1 得：应用于上下极板界面
D1 f , D2 f .
E1
f 1
,
E2
f 2
,
由于 p n P2 P1 , 对两介质分界面：
p
P2 P1
e2 E2
e1
E1
2
1
f
0
左极板： p1 n
磁介质的磁化
对于各向同性的顺磁质和抗磁质，存在 M m H，
表示对于各向同性的顺磁质和抗磁质，磁化强度与磁
场强度成正比。式中m 称为磁介质的磁化率。 B 0 (1 m )H ，r=1+m 称为磁介质的相对磁导率。
B 0 r H H
= 0 r 称为磁介质的绝对磁导率。 顺磁质m>0，r>1；抗磁质m<0，r<1；铁磁质m 和r都很大，都是H 的非单值函数，r>>1 。
具有强烈磁性的物质称为铁磁质(ferromagnet)，如 铁、钴、镍和它们的合金，稀土钴合金，钕—铁—硼 以及各种铁氧体等都属于此类。
铁磁晶体原子间存在交换作用，使相邻原子磁矩自 发彼此平行排列，抵御分子热运动的破坏作用。
分子磁矩为零时，电子在外磁场作用下产生一种附 加磁性。磁化强度方向总与外磁场方向相反，为抗磁 性 (diamagnetism) 。 具 有 这 种 磁 性 的 物 质 称 为 抗 磁 质，如汞、铜、铋、氢、氯、银、锌和铅等。
Mcos=Mt是磁化强度沿介质表面的切向分量，
得到重要关系Mt=i 或者 M n¸ i '。
介质表面磁化电流密度只决定于磁化强度沿该
表面的切向分量，与法向分量无关，只存在于介
质表面附近磁化强度有切向分量的地方。
四、有磁介质存在时的安培环路定理
¸ ¸ Bdl
L
¸ H dl
L
0( I0i Ii)
§2-7 磁介质的磁化
一、物质磁性的概述 磁介质(magnetic medium)是能够对磁场产生影响的
物质。由原子分子构成的物质都属于磁介质。
可以用电结构解释磁性。原子中每个电子同时参与 绕核的轨道运动和自旋两种运动，对应轨道磁矩和自 旋磁矩。整个原子的磁矩是它所包含的所有电子的轨 道磁矩和自旋磁矩的矢量和。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
介质磁化过程
外加场 Ba 合成场 Ba+
介
Bs
质
二次 场Bs
磁 化
a —Applied ； s — Secondary
磁化结果使介质中的合成磁场可能减弱或增强 ，此与极化现象不同。
介质的磁性能分为抗磁性、顺磁性、铁磁性 及 亚铁磁性等。
抗磁性 在正常情况下，原子中的合成磁矩
。
为零。当外加磁场时，电子除了仍
然自旋及轨道运动外，轨道还要围
绕外加磁场发生进动。
Ba
电子进动产生的附加磁矩方向总是
与外加磁场的方向相反，导致合成磁
场减弱。因此，称为抗磁性。
银、铜、铋、锌、铅及汞等为抗磁性介质。
顺磁性。在外加磁场作用下，除了引起电子进动以 外，磁偶极子的磁矩方向朝着外加磁场方向转动，导 致合成磁场增强，这种磁性能称为顺磁性。如铝、锡 、镁、钨、铂及钯等。
铁磁性。内部存在“磁畴”，每个“磁畴”中磁矩方 向相同，但是各个“磁畴”的磁矩方向杂乱无章，对外 不显示磁性。在外磁场作用下，各个“磁畴”方向趋向 一致，且畴界面积还会扩大，因而产生很强的磁性。 例如铁、钴、镍等。
铁磁性介质具有非线性，且存在磁滞及剩磁现象。
亚铁磁性。一种金属氧化物的磁化现象比 铁磁介质稍弱一些，但剩磁小，且电导率很低， 这类介质称为亚铁磁介质。例如铁氧体等。
4. 介质磁化 电子围绕原子核旋转形成闭合的环形电流，这
种环形电流相当于一个磁偶极子。电子及原子核 本身自旋也相当于形成磁偶极子。
由于热运动的结果，这些磁偶极子的排列方向 杂乱无章，合成磁矩为零，对外不显示磁性。
在外加磁场的作用下，这些带电粒子的运动方 向发生变化，甚至产生新的电流，导致各个磁矩 重新排列，宏观的合成磁矩不再为零，这种现象 称为磁化。
单位体积中磁矩的矢量和称为磁化强度，
以 M 表示，即
N
mi
M i1 V
式中 mi 为 V 中第 i 个磁偶极子具有的磁矩。 V 为物理无限小体积。
磁化介质中形成的新电流称为磁化电流，又称
为束缚电流。磁化电流密度以 J 表示。
可以证明，矢量磁位与磁化强度 M 的关系为
� � A(r) 0 Ѵ M(r ) dV 0 M (r) e n dS
z P(0,0, z)
解 取圆柱坐标系，如图所示。 由于是均匀磁化，因此
a
J M 0
l
J S
O x
又知
JS M en
y
因 M，e所zM以 仅存JS在 于圆柱 壁，侧上、下端面的磁化电流密度
为零。 因此
J S M en Mez er Me
z P(0,0, z)
a
侧壁上磁化电流形成环形电流。 环形电流J(S dz) 在轴线上z a
处产生的磁通密度 dB 为
l
JS dz'
z O
y
dB e 0a2M dz
z 2(z z)3
x
侧壁上全部磁化电流在轴线上 z 处产生的合成
磁通密度为
0a2M l 1
0 a2M 1 1
B ez 2
0 (z z)3dz ez
4
(z
l)2
z2
4π4πV r r
SS' 可见，体分布和面分布的磁化
r' O x
V' r - r' 电流密度与磁化强度的关系
P
r
y 为 J M JS Me n
例 已知圆柱形磁性材料，沿轴线方向获得均匀磁化。 若磁化强度为 M ，试求位于圆柱轴线上距离远大于 圆柱半径 P 点处由磁化电流产生的磁感应强度。