磁介质的特性
电磁学-磁介质
–对磁场有一定响应,并能反过来影响磁场的物质 –一般物质在较强磁场的作用下都显示出一定程度的磁性，
即都能对磁场的作用有所响应，所以都是磁介质
• 磁化（magnetization）
–在外磁场的作用下，原来没有磁性的物质，变得具有磁 性，简称磁化。磁介质被磁化后，会产生附加磁场，从 而改变原来空间磁场的分布
• 顺磁质的磁化
– 分子在外磁场作用下趋向于外磁场排列 –热运动与磁场作用相抵抗
抗磁质
有外场
m分子0 m分子0
抗磁质
• 抗磁质分子的固有磁矩m分子= ml+ ms＝0 • 不存在由非零的分子固有磁矩规则取向引
起的顺磁效应。磁性来源？
• 抗磁质磁性起源于电子轨道运动在外磁场 下的变化
• 电子轨道运动为什么会变化？原因：在外 磁场下受洛伦兹力
D (1 e )0E
r (1 e )
v
vv
D r0E E
r称为相对电容率
或相对介电常量
例1 一环形螺线管，管内充满磁导率为μ，相对磁导 率为μr的顺磁质。环的横截面半径远小于环的半径。
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 dl
L
H 2r
NI
NI
r
H
nI
• 解决的办法——需要补充或附加有关磁介 质磁化性质的已知条件
• 有介质时，第四章中给出的安培环路定理
可理解为
I' M dl
总场
两边同
除以0 ，
再移项
定义： 磁场强度
B dl 0 I 0I0 I'
L
L内
B dl 0 I0 0 M dl
第九章 磁介质的电磁特性及其损耗
Ha
Bg Orl=rl
Hm
m→∞
Bm
料中通过。 根据磁场的边界条件和安培定律，与铁磁材料表 面平行、靠近铁磁材料表面空气中的磁场强度Ha
等于铁磁材料内部与表面平行的磁场强度Hm。
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
如果铁磁材料具有很高 的导磁性能，即m→，
则靠近铁磁材料表面空气
BS cos
通过任意闭合曲面的电场强度通量可以不为零，但 通过任意闭合曲面的磁通代数和恒等于零，即
B dS 0
S
返 回
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
把包围某一节点的曲面的一部分面积称为Ak面，则 流过 Ak面的磁通为：
k B dA k
A,k
取曲面上所有小块面积的磁通之和，则可得到类似
可写为：
由于气隙有磁阻，其对应的磁阻与欧姆定律类似，
g Rg hwm 0 g：空气隙的长度；h：磁材料横截面的长；
w：磁材料横截面的长宽；m0：为空气隙的磁导率
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
9.1.2.5 边界条件
磁性材料有一定的宽
度，如果气隙左右两边 磁性材料的磁导率很高， 绝大部分磁通在磁性材
而且
H J
安培环路定律 的微分形式
电流密度J的积分是电流，单位为安培。
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第九章磁介质的电磁特性及其损耗
磁场中任意点处磁场强度的旋度等于该点处的电流
密度。电流有多条线路，若线路的数量用N表示，
那么可以得到：
J dS N I
ak
用磁动势或MMF 表示，符号为F
物质的导磁性与磁介质的特性
物质的导磁性与磁介质的特性导磁性是物质对磁场产生相应磁化的能力，它是评估物质磁性的一个重要指标。
磁介质是一类能够被磁化并保持磁化状态的物质，它们在电磁器件和储存技术中起到重要作用。
本文将从导磁性的定义、磁介质的特性以及应用领域等方面探讨这一话题。
物质的导磁性是指物质受到磁场作用后对磁化产生的响应。
具体地说，当物质处于外部磁场中，磁场的磁感应强度与物质的磁化强度之间存在着一种相互关系。
导磁性通常用磁导率来衡量，磁导率是一个描述物质导磁性能的物理量。
在导磁性中，磁介质是一类特殊的物质，它们具有一些与常规固体不同的特性。
首先，磁介质能够被磁化并保持磁化状态，在外界磁场消失后仍能保持一定的磁化程度。
其次，磁介质具有较高的磁导率，通常远大于真空中的磁导率。
这使得磁介质在电磁器件中起到了重要的作用。
磁介质的特性主要包括磁光效应、磁滞损耗和频率响应等。
磁光效应是指磁介质在受到磁场作用时，其光学特性发生变化的现象。
这一现象可以应用于激光器、显示器等领域。
磁滞损耗是磁介质在磁场变化过程中因分子磁翻转而产生的能量损耗，它对电磁器件的性能起到了一定影响。
频率响应则是指磁介质在不同频率下对磁场的响应程度。
对于一些特定的应用，需要选择合适频率响应的磁介质来实现最佳效果。
磁介质在电磁器件和储存技术中有着广泛的应用。
以磁存储为例，我们常见的硬盘驱动器就是应用了磁介质的存储设备。
硬盘中的磁介质层负责存储和读取数据，并且具有较高的密度和稳定性。
另外，在变压器和电感器等电力设备中，我们也可以看到磁介质的应用。
磁介质能够有效地集中和传输磁场能量，提高设备的效率和性能。
总结起来，导磁性是评估物质磁性的一个重要指标，而磁介质则是一类特殊的物质，它们能够被磁化并保持磁化状态，并具有较高的磁导率。
磁介质的特性包括磁光效应、磁滞损耗和频率响应等，这些特性在不同应用领域具有重要作用。
磁介质在电磁器件和储存技术中有着广泛的应用，能够提高设备的效率和性能。
磁性21磁介质
成像技术
结合先进的成像技术，如核磁共振成像（ MRI），实现细胞和组织的高分辨率成像。
未来发展趋势预测
多功能化
开发具有多种功能的磁介质，如同时 具备药物输送、细胞标记和成像等功 能。
个性化治疗
智能化发展
结合人工智能等技术，实现对磁介质 在生物医学应用中的智能化控制和优 化。
利用磁介质的特性，实现个性化治疗 方案的制定和实施。
应用领域
广泛应用于电机、仪器仪表、医疗器 械等领域，如永磁电机、扬声器、磁 共振成像设备等。
复合磁介质材料发展趋势
高性能化
通过优化配方和工艺，提高复合磁介质 材料的磁性能、机械性能和耐温性能等
。
环保化
注重环保理念，开发低污染、低能耗 的复合磁介质材料生产工艺和技术。
多功能化
开发具有多种功能的复合磁介质材料 ，如同时具备吸波、隐身、抗电磁干 扰等功能的材料。
智能化
结合人工智能、大数据等技术手段， 实现复合磁介质材料的智能化设计、 制备和应用。
03 磁介质在电子器件中作用 与影响
电感器件工作原理及设计要点
电感器件工作原理
电感器件利用磁场能量存储与释放的原理工作。当电流通过电感线圈时，线圈周 围产生磁场，将电能转换为磁能存储起来。当电流断开时，磁场逐渐消失，磁能 又转换为电能释放出来。
探讨磁性21磁介质在环境科学领域的应用潜力，如污水处理、重金属离子吸附等。
磁性21磁介质在信息存储领域的应用创新
随着信息技术的飞速发展，研究磁性21磁介质在信息存储领域的新应用，如超高密度磁存储技术等。
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04 磁介质制备工艺与表征方 法
粉末冶金法制备工艺简介
磁介质中的电磁感应现象
磁介质中的电磁感应现象引言：电磁感应是一种广泛存在于日常生活和科学研究中的现象，而当这个现象出现在磁介质中时，我们就进入了一个新领域。
本文将探讨磁介质中的电磁感应现象，并深入了解其原理和应用。
1. 磁介质的基本概念与特性磁介质是指那些具有一定磁导率的物质，例如铁、镍、钴等。
与磁导体不同，磁介质中的磁场可以通过其分子或原子间的定向排列来存储和传导，而不仅仅是通过电荷载流子的移动。
2. 磁介质中的电磁感应原理电磁感应是一种通过磁场变化引起电场变化的现象。
在磁介质中，当外部磁场发生变化时，磁介质的磁矩将受到影响，从而引发电磁感应。
这一过程可以通过法拉第电磁感应定律来解释，即在闭合回路上产生感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比。
3. 磁介质中的磁感应强度与电磁感应的关系在磁介质中，磁感应强度受到外部磁场的影响而发生变化。
当外部磁场增大时，磁感应强度也会增大，因为磁介质中的磁矩会更加定向排列。
而当外部磁场减小或消失时，磁感应强度也会相应减小或消失。
4. 磁介质中的电磁感应的应用磁介质中的电磁感应现象具有广泛的应用价值。
一种重要的应用是在电磁感应加热中，将磁介质材料放置在高频交变磁场中，利用磁介质的损耗产生热能。
这种加热方式被广泛应用于工业生产和医疗领域，例如感应加热炉和磁控医疗设备。
此外，磁介质中的电磁感应还可用于数据存储和磁性传感器等领域。
通过调整磁介质的磁感应强度，可以使存储介质具备可读可写的属性。
而在磁性传感器中，通过检测磁感应强度的变化，可以实现磁场的测量和监测等功能。
5. 磁介质中的电磁感应的挑战与未来发展尽管磁介质中的电磁感应现象在许多领域得到了广泛应用，但仍然存在一些挑战和限制。
例如，磁介质的磁导率会随着温度的增加而减小，从而影响电磁感应的效果。
此外，磁介质中的磁矩定向排列也受到材料内部缺陷和外界扰动等因素的影响。
为了克服这些挑战，科学家们正不断研究和改进磁介质材料的性能。
通过探索新的磁介质材料，优化磁导率和磁矩定向等特性，我们可以更好地利用磁介质中的电磁感应现象，并在更广泛的领域实现应用。
磁场中磁介质
磁介质的分类
顺磁性介质
抗磁性介质
铁磁性介质
反铁磁性介质
在磁场中容易被磁化的 物质，如铝、铂等。
在磁场中不容易被磁化 的物质，如铜、金等。
在磁场中极易被磁化的 物质，如铁、钴、镍等。
在磁场中具有反铁磁性 的物质，如锰、铬等。
02
磁场对磁介质的影响
磁场对磁介质的作用
磁化现象
磁场对磁介质产生作用，使其内 部磁矩定向排列，形成磁化现象。
剩余磁化强度
当磁场去除后，磁介质仍会保留一部分磁化强度， 称为剩余磁化强度。
磁介质的磁导率
相对磁导率
描述磁介质在磁场中的导磁能力与真空导磁能 力的比值。
最大磁导率
在一定磁场强度下，磁介质的磁导率达到最大 值。
温度系数
表示磁导率随温度变化的系数，某些材料的温度系数较大，对温度变化较为敏 感。
03
磁介质的性质与特点
磁滞现象
磁介质在磁化过程中会出现滞后现 象，即当磁场反向时，磁介质的磁 化强度不会立即消失，而是逐渐减 小。
磁损耗
在交变磁场中，磁介质会因为磁滞 现象和涡流效应产生能量损耗。
磁介质的磁化过程
起始磁化
磁介质在磁场中开始被磁化的过程，起始磁化曲 线通常是非线性的。
磁饱和
随着磁场强度的增加，磁介质的磁化强度逐渐达 到饱和状态，此时磁导率不再变化。
3
磁滞损耗
由于磁滞现象产生的能量损耗，通常表现为热量。
磁介质的损耗特性
介电损耗
01
由于电场作用在磁介质上产生的能量损耗，通常表现为热量。
涡流损耗
02
由于磁场变化产生的涡旋电流在磁介质中产生的能量损耗，通
常表现为热量。
磁介质的磁化特性及计算
其中 0(1 m) r0称为介质的磁导率，r 1 m 称为介质
的相对磁导率（无量纲）。
磁介质的分类
r 1
r 1 r 1
顺磁质 抗磁质 铁磁质
B
M)
J
0
定义磁场强度
H
为：H
B
M
0
, 即 B 0(H M )
则得到介质中的安培环路定理为：
C
H(r)
dl
S
J(r)
dS
磁通连续性定理为
B(r)
dS
0
S
Hale Waihona Puke H(r) J(r) B(r) 0
小结：恒定磁场是有源无旋场，磁介质中的基本方程为
（微分形式）
H(r) J(r)
B(r)
0
（积分形式）
C
H(r)
dl
S
J(r)
dS
S
B(r)
dS
0
5. 磁介质的本构关系
定，磁对化于强线度性M各和向磁同场性强介度质，H之M间与的H关之系间由存磁在介简质单的的物线理性性关质系决：
M mH
其中，m 称为介质的磁化率（也称为磁化系数）。
这种情况下
B 0(1 m)H H
磁介质的磁化特性及计算
1. 磁介质的磁化
pr m
r iS
介质中分子或原子内的电子运动形
成分子电流，形成分子磁矩
pr m
r iS
无外加磁场
无外磁场作用时，分子磁矩不规
则排列，宏观上不显磁性。
B
在外磁场作用下，分子磁矩定向 排列，宏观上显示出磁性，这种现象 称为磁介质的磁化。
外加磁场
2.
磁化强度矢量
磁介质的原理与应用
磁介质的原理与应用1. 磁介质的定义与分类磁介质是指在外加磁场作用下能够呈现磁性的材料。
根据其磁化行为，磁介质可以进一步分为两类：1.顺磁体：顺磁体是指在外加磁场作用下，磁化强度和外磁场方向相同，且呈线性增加的材料。
常见的顺磁体包括铁矿石等物质。
2.铁磁体：铁磁体是指在外加磁场作用下，磁化强度比外磁场强，且呈非线性增加的材料。
铁磁体通常由含有铁、镍、钴等元素的合金组成，如镍铁合金。
2. 磁介质的原理磁介质的磁性来源于其中的微观磁性原子或分子。
当外加磁场作用于磁介质时，磁介质内部的磁性原子或分子受到磁场力的作用而发生定向，导致磁介质整体呈现磁性。
磁介质的原理可以用以下几个关键概念来解释：•磁矩：磁介质中的微观磁性原子或分子具有自旋和轨道运动，从而产生一个经典意义上的磁矩。
磁矩是描述磁性物质受到磁场力作用时的响应。
•磁化强度：磁化强度是磁介质单位体积内部磁矩总和的大小。
在外加磁场的作用下，磁介质内部的磁矩会对齐并增加，从而使磁化强度增加。
•磁化曲线：磁化曲线是描述磁介质在外加磁场作用下磁化强度与磁场强度之间关系的曲线。
磁化曲线通常呈现S型，具有磁饱和点和磁剩余强度等特征。
3. 磁介质的应用磁介质在许多领域都有广泛的应用，包括电子技术、通信、医学等。
以下列举了一些常见的磁介质应用：•磁记录媒体：磁介质被广泛用于磁记录媒体，如硬盘、软盘、磁带等。
在磁介质上可以通过磁化的方式记录和存储信息。
•电感元件：磁介质在电感元件中起到了重要的作用。
将磁介质材料包裹在线圈中，可以增加电感器的感应电流和能量存储。
•变压器：磁介质在变压器中用于隔离电流和传递能量。
铁芯变压器通过铁磁性材料增强磁感应强度，提高能量传递效率。
•磁存储器件：磁介质在磁存储器件中扮演着重要的角色。
磁介质可以通过改变磁化状态来存储和读取信息，如磁盘驱动器和磁带。
•医学成像：磁介质在医学成像方面也有应用。
磁共振成像（MRI）技术中使用了磁介质材料来产生磁场，通过检测磁介质材料的信号来获取人体内部的影像。
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3.磁化强度
磁化强度的定义：单位体积内，所有分子磁矩的矢量和。
M = lim
△v—0 AV
磁化强度与磁场强度之间存在线性关系:
M =爲百 丫-＞磁化率
例2:某一各向同性材料的磁化率％ = 2，磁感应强度，
B = 20 yax (mWb/m2 )
求：该材料的相对磁导率、磁导率、磁化电流密度、传导电流 密度、 磁化强度及磁场强度。
解：根据关系式出=1 +在得：总=1 + 2 = 3
及 以/ 。 卩=
o = 3 x4n xl —7 = 3.77 (pH/m)
材料名称 铅 水 汞 钠 钨
硅钢片 钻
磁化率為 -1.8X10-5 -0.91 X10-5 -1.4X10-5 0.62 X10-5 6.8 X10-5
7X103 2.5 X102
5.磁介质的分类
磁介质可分为： 抗磁质、顺磁质、铁磁质和亚铁磁质等。
(1)抗磁质：其磁化率扃为负，其相对磁导率略小于1。 即： 出T + Zm < 1且此-1
(A/m)
磁介质被磁化后，磁介质中出现束缚电流。
束缚电流面密度：J ^=Mxa mS n
束缚电流体密度：J =VxM
m
4.磁介质的物态方程
根据全电流定律：VX （旦）二馬+ "m +当
#0
ot
VX （互）= Jc+yxM + — #0
dt
w云,
BHo
y
dD
二丿 VX （——M）
c+
ot
磁介质中的磁场强度：H = — - M 日0
如：金、银和铜等属于抗磁质。
(2) 顺磁质：磁化率为正，相对磁导率略大于1,即
气=1 + Zm > 1 且 Ar 為 1
如：镁、锂和钨等属于顺磁质。 (3) 铁磁质：其磁化率非常大，其相对磁导率远大于1。
即：Ar >> 1
如：铁、镍和钻等属于铁磁质。
在铁磁性材料中，有许多小天然磁化区，称为磁畴。
(4)亚铁磁质：由于部分反向磁矩的存在，其磁性比 铁 磁材料的要小，铁氧体属于一种亚铁磁质。
H = - = 5.31yax (kA/m)
卩
、
、
A
M =爲H = 2H = 10.62 询(kA/m)
一
一 dM
r
Jm=N，M =--E = —10.62E (kA/m2)
Sy
Jc = VxH = -531az (kA/m2)
小结：
1. 什么是磁介质？ 2. 磁介质的磁化 3. 磁化强度应XmH 4. 磁介质的物态方程方=卩坤 B = /n^H + M} 5. 磁介质的分类 6. 剩余磁化
一些材料的相对磁导率和分类情况见教材。
ห้องสมุดไป่ตู้ 6.剩余磁化
铁磁性物质被磁化后，撤去外磁场，部分磁畴 的取向仍保持一致，对外仍然呈现磁性。
磁滞回线
6.剩余磁化
铁磁性物质被磁化后，撤去外磁场，部分磁畴 的取向仍保持一致，对外仍然呈现磁性。
铁磁材料的磁性和温度也有很大关系，超过某 一温度值后，铁磁材料会失去磁性，这个温度称为 居 里点。
已知:
已知：财=XmH
令：H = 1 + Zm
可得：E =卩0頤
磁介质的物态方程
其中：片称为相对磁导率。材料的磁导率表示为：卩=卩0出
常用材料的磁化率
材料名称 金 银 铜 镁 铝
纯铁 镣
磁化率為 -3.6X10-5 -2.6X10-5 -0.98 X10-5 1.2X10-5 2.2 X10-5
2X105 6X102
3.4磁介质的特性
1. 什么是磁介质？ 2. 磁介质的磁化 3. 磁化强度 4. 磁介质的物态方程 5. 磁介质的分类 6. 剩余磁化
1.什么是磁介质？
在外磁场作用下，呈现出明显磁性的物质称为磁介 质。
小电流环的磁矩：兩=阈〃
［电子轨道磁矩 分子磁矩：电 子自旋磁矩
［原子核自旋磁矩
2.磁介质的磁化