1、 第十四章第十四章 磁 介 质BBBo 磁介质磁介质能与磁场产生相互作用的物质。能与磁场产生相互作用的物质。磁化磁化磁介质在磁场作用下所发生的变化。磁介质在磁场作用下所发生的变化。不同磁介质磁化后对原外磁场的存在不同的影响不同磁介质磁化后对原外磁场的存在不同的影响14-1 14-1 磁介质的磁化和磁导率磁介质的磁化和磁导率一、磁场中的磁介质一、磁场中的磁介质介质磁化后的介质磁化后的附加磁感强度附加磁感强度真空中的真空中的磁感强度磁感强度 磁介质中的磁介质中的总磁感强度总磁感强度二二.磁介质的磁导率和磁介质分类磁介质的磁导率和磁介质分类磁导率磁导率描述不同磁介质的导磁性能描述不同磁介质的导磁性能
2、0 真空磁导率真空磁导率0BBr 介质的相对磁导率介质的相对磁导率B 根据根据 的大小和方向可将磁介质分为三大类的大小和方向可将磁介质分为三大类（1）顺磁质）顺磁质1 r 0BB （2）抗磁质）抗磁质1 r 0BB （3）铁磁质）铁磁质1 r 0BB r 0 介质的绝对磁导率介质的绝对磁导率三三.磁介质磁化的微观机制磁介质磁化的微观机制 (掌握要点掌握要点)分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩mPI分子磁矩分子磁矩轨道磁矩轨道磁矩自旋磁矩自旋磁矩电子绕核的轨道运动电子绕核的轨道运动电子本身自旋电子本身自旋无外磁场无外磁场有外磁场有外磁场0B1.顺磁质的磁化顺磁质的磁化无外磁场作用时，由无外磁场作用
3、时，由于分子的热运动，分于分子的热运动，分子磁矩取向各不相同子磁矩取向各不相同,整个介质不显磁性。整个介质不显磁性。分分子子磁磁矩矩0BB 0BB 在外磁场作用下分在外磁场作用下分子磁矩产生的磁场方向子磁矩产生的磁场方向和外磁场方向一致，和外磁场方向一致，顺顺磁质磁化结果，使介质磁质磁化结果，使介质内部磁场增强。内部磁场增强。2.2.抗磁质及其磁化抗磁质及其磁化在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩在外磁场中，抗磁质分子会产生附加磁矩电子绕核的轨道运动电子绕核的轨道运动电子本身自旋电子本身自旋mp外磁场场作用下产生外磁场场作用下产生附加磁矩附加磁矩mp 电子的附加磁矩总是电子的附加磁矩总是削弱外
4、磁场削弱外磁场的作用。的作用。抗磁性抗磁性是一切是一切抗抗磁介质共同具有的特性。磁介质共同具有的特性。0BB 总与外磁场总与外磁场方向方向反向反向四：磁化强度矢量四：磁化强度矢量VPMm 分子磁矩分子磁矩的矢量和的矢量和体积元体积元 意义意义:磁介质中单位体积内分子磁介质中单位体积内分子磁矩磁矩的矢量和的矢量和.0BsILS0BsI顺磁质顺磁质 五五.磁化电流磁化电流(束缚电流束缚电流)0BsILS0BsI抗磁质抗磁质磁化面电流磁化面电流sIjs磁化面电流密度磁化面电流密度sjM sIl dM 14-2 14-2 磁场强度矢量、有磁介质时的安培环路磁场强度矢量、有磁介质时的安培环路定理和高斯定
5、理定理和高斯定理1.介质中的安培环路定理推导介质中的安培环路定理推导0BsILS0BsI抗磁质抗磁质n LlBd 内内）（Lsi)II(0 传导电流传导电流磁化电流磁化电流 LlBd 内内）（Lsi)II(0 内内）（LLi)ldMI(0 Ll d)MB(0 内内）（LiI引入辅助物理量磁场强度引入辅助物理量磁场强度MBH 0 LiLIl dH有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理只与穿过只与穿过 的传导电流代数和有关的传导电流代数和有关.L 在在有介质的有介质的稳恒磁场中，磁场强度矢量沿任一稳恒磁场中，磁场强度矢量沿任一闭合路径的线积分（即环流）等于包围在环路内闭合路径的线积分（即
6、环流）等于包围在环路内各传导电流电流的代数和，而与磁化电流无关。各传导电流电流的代数和，而与磁化电流无关。LiLIl dH14-3 14-3 磁介质的磁化规律以及磁化率和磁导率磁介质的磁化规律以及磁化率和磁导率HMm MBH 0)MH(B 0 m 磁化率磁化率)HH(Bm 0引入相对磁导率引入相对磁导率mr 1HBr 0 HB 引入绝对磁导率引入绝对磁导率r 0 例例1 有两个半径分别为有两个半径分别为 和和 的的“无限长无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质的磁介质.当两圆筒当两圆筒通有相反方向的电流通有相反方向的电流 时，时，
7、试试 求求（1）磁介质中任意点磁介质中任意点 P 的磁感应强度的大小的磁感应强度的大小；（2）圆柱体外面一点圆柱体外面一点Q 的磁感的磁感应应强度强度.rrRIIrrdIRRdr Il dHl IHd 2dIHBr20 解解IrrdIRRd 0 IIldHl 002 H,Hd0 HB 0Brd ，同理可求同理可求14-4 14-4 铁磁质铁磁质1.磁导率磁导率不是一个常量，它的值不仅决定于原线不是一个常量，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。圈中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。一、铁磁质的一般规律一、铁磁质的一般规律2.
8、有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强 1 r 0BB 4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。温度超过居里点时，铁磁质转变为顺磁质。3.3.有有磁滞磁滞,剩磁、磁饱和剩磁、磁饱和等现象。等现象。注意：铁磁物质磁化规律复杂，一般通过实验进行研究每种铁磁质当温度升高到一定程度时，由高磁导每种铁磁质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。而变为顺磁性。a.bcdBOH.SBSHe.rB fCHSB.SH 矫顽力矫顽力CH 饱和磁感应强度饱和磁感应强度rB剩剩
9、 磁磁二、二、磁滞回线磁滞回线abcdBOHerB fCHrB CH 由于磁滞，由于磁滞，时，时，磁感强度磁感强度 ，0H0B叫做剩余磁感强度叫做剩余磁感强度(剩磁剩磁).rB 当外磁场由当外磁场由 逐渐减逐渐减小时，这种小时，这种 B的变化落后于的变化落后于H的变化的现象，叫做的变化的现象，叫做磁滞磁滞现象现象，简称，简称磁滞磁滞.CH 磁滞损耗：磁滞损耗：在交变电流的励磁下反复磁化使其温度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。升高的磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。磁滞伸缩：磁滞伸缩：铁磁体于铁电体类似；在交变场的作用铁磁体于铁电体类似；在交变场
10、的作用下，它的形状会随之变化，称为磁致伸缩（下，它的形状会随之变化，称为磁致伸缩（10-5数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中数量级）它可用做换能器，在超声及检测技术中大有作为。大有作为。三三.铁磁性材料分类及用途铁磁性材料分类及用途HBOHBO不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.HBO软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料 r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，感应强度大，矫顽力矫顽力(Hc)小，小，磁滞回线的面积窄而磁滞回线的面积窄而长，长，损耗小。损耗小。用于用于作变压器的铁
11、芯。作变压器的铁芯。继电器、电机、以及各继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。种高频电磁元件的磁芯、磁棒。(1)软磁材料软磁材料纯铁，硅钢坡莫合金纯铁，硅钢坡莫合金(FeFe，NiNi)，铁氧体等。，铁氧体等。(2)硬磁材料硬磁材料钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金(3)矩磁材料矩磁材料Hc不大，不大，磁滞回线是矩形。磁滞回线是矩形。用于记忆元件，用于记忆元件，矫顽力矫顽力(Hc)大，剩磁大，剩磁Br大大磁滞回线的面积大磁滞回线的面积大，损耗，损耗大。大。用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永用于磁电式电表中的永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。磁扬声器。锰镁铁氧
12、体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体临界温度临界温度(铁磁质的居里点铁磁质的居里点)每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁每种磁介质当温度升高到一定程度时，由高磁导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，导率、磁滞、磁致伸缩等一系列特殊状态全部消失，而变为顺磁性。而变为顺磁性。不同铁磁质具有不同的转变温度不同铁磁质具有不同的转变温度如：铁为如：铁为 1040K，钴为，钴为 1390K，镍为镍为 630K 用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点。滞现象、磁滞损耗以及居里点。H0oB451r抗磁质抗磁质1r1r顺磁质顺磁质1r非常数，铁磁质非常数，铁磁质归纳：归纳：
