1、7-9 磁介质的磁化磁介质的磁化一一.磁介质磁介质 磁化强度磁化强度oB1.磁介质的分类磁介质的分类II磁介质对螺线管内的场有影响，磁介质对螺线管内的场有影响，加介质之前，螺线管内磁场强度加介质之前，螺线管内磁场强度为为B0，加介质后为，加介质后为B顺磁质顺磁质orBB 1 r B定义定义:如：锰、铬、铂、氮、氧等。如：锰、铬、铂、氮、氧等。如：汞、铜、铋、银、氢等。如：汞、铜、铋、银、氢等。如：铁、钴、镍等如：铁、钴、镍等 r 不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：不同的磁介质在磁场中所表现出的特性不同：抗磁质抗磁质1 r 铁磁质铁磁质1 r 相对磁导率相对磁导率2.顺磁质和抗磁质顺磁质和
2、抗磁质实物的基本组成单元：分子、原子、电子实物的基本组成单元：分子、原子、电子+-电子运动：电子运动：绕核运动绕核运动圆电流圆电流轨道磁矩轨道磁矩(1)分子磁矩分子磁矩mm自旋运动自旋运动 自旋磁矩自旋磁矩Bm两种运动磁效应的总和两种运动磁效应的总和分子分子圆电流圆电流 自自轨轨分分子子mmm分子的固有磁矩分子的固有磁矩两类磁介质两类磁介质分子分子m 0顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质=0分子分子m分子圆电流和磁矩分子圆电流和磁矩 mI无外磁场无外磁场顺顺 磁磁 质质 的的 磁磁 化化0B有外磁场有外磁场sI0BBB 顺顺磁质内磁场磁质内磁场(2)顺磁质的磁化顺磁质的磁化无外磁场时抗磁质无外磁场时抗磁
3、质分子磁矩为零分子磁矩为零 0m0BBB 抗抗磁质内磁场磁质内磁场qv0B0,B 同同向向时时Fmmqv0,B 反反向向时时0BFmm抗磁质的磁化抗磁质的磁化(3)抗磁质的磁化抗磁质的磁化 处于外磁场时，电子受库伦力和洛仑兹力作用处于外磁场时，电子受库伦力和洛仑兹力作用讨论讨论1 顺磁性介质处在外磁场时，顺磁性介质处在外磁场时，其体内磁场：其体内磁场：BBBo oBB oBB 抗磁性介质处在外磁场时，抗磁性介质处在外磁场时，其体内磁场：其体内磁场：BBBo oBB oBB 2 介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有？介质中的抗磁效应在顺磁介质中是否有？有！有！分分子子分分子子但但：mm 3 超导体
4、是完全抗磁体超导体是完全抗磁体在外磁场中超导体内：在外磁场中超导体内：BBBo =0VmM 式中式中 是体积是体积 V 内的分子磁矩或分内的分子磁矩或分子感生磁矩的矢量和。子感生磁矩的矢量和。m单位为：单位为：A m-1。3.磁化强度矢量磁化强度矢量 M为表征磁介质的极化状态，为表征磁介质的极化状态，定义磁化强度矢量：定义磁化强度矢量：在单位体积内分子磁矩的矢量和，以在单位体积内分子磁矩的矢量和，以 M 表示，表示，即即主要学习主要学习均匀磁化均匀磁化。介质磁化后介质磁化后,磁介质内部分子磁矩磁介质内部分子磁矩重新排列，内部分子电流总是相反，重新排列，内部分子电流总是相反，互相抵消，只在边缘形
5、成近似环形互相抵消，只在边缘形成近似环形电流，称为电流，称为磁化电流磁化电流 I ，二二.磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理I 在圆柱形磁介质表面沿轴线方向在圆柱形磁介质表面沿轴线方向单位长度的磁化电流，称为单位长度的磁化电流，称为磁化电磁化电流面密度流面密度 Is。假设磁介质被均匀磁假设磁介质被均匀磁化，则在长为化，则在长为L，截面积为，截面积为S的磁介的磁介质中质中ssILSLSIVmM 在磁介质内外横跨边缘处，在磁介质内外横跨边缘处，选择如图所示的选择如图所示的ABCD矩形矩形环路，其中环路，其中AB=l。+I+DClABlIABMl dMsl 根据安培环路定理：根据安培环路定
6、理：ilIlB0d )(00II 传导电流传导电流磁化电流磁化电流lIIs000 Lll dMIlB000d Lll dMIlB000d 00d)(IlMBL 有有引入辅助物理量引入辅助物理量MBH 0 磁场强度矢量磁场强度矢量在有磁介质的磁场中，沿任意闭合路径磁场强度的在有磁介质的磁场中，沿任意闭合路径磁场强度的线积分等于该路径所包围的传导电流的代数和。线积分等于该路径所包围的传导电流的代数和。物理意义物理意义 SI制制中磁场强度中磁场强度H 的单位：安培的单位：安培/米米(A/m)则有：则有：0Il dHL磁介质中的磁介质中的安培环路定理安培环路定理 实验表明：各向同性的磁介质和抗磁质，磁
7、化实验表明：各向同性的磁介质和抗磁质，磁化强度与磁场强度成正比，即：强度与磁场强度成正比，即：令令 r=1+，为磁介质的为磁介质的相对磁导率，则：相对磁导率，则：B=0 r H=H磁场强度和磁化强度的单位都是磁场强度和磁化强度的单位都是A m-1。=0 r 称为磁介质的称为磁介质的绝对磁导率绝对磁导率HB)1(0 注：真空中注：真空中 =0,r=1,=0,于是于是B=0 H HM 称为磁介质的称为磁介质的磁化率磁化率MBH 0 rIH20 II例例1：长直单芯电缆的芯是一根半径为长直单芯电缆的芯是一根半径为R1 的金属导体，的金属导体，它与外壁（它与外壁（R2）之间充满）之间充满相对磁导率为相
8、对磁导率为 r的均匀磁介的均匀磁介质，电流质，电流I从芯流过再沿外壁流回。求介质中磁场分布从芯流过再沿外壁流回。求介质中磁场分布 0dIlHL解：根据电流分布的轴对称性，磁场解：根据电流分布的轴对称性，磁场分布是以中心线为轴的同心圆分布分布是以中心线为轴的同心圆分布选中心线为轴，半径为选中心线为轴，半径为r的圆为积分路径的圆为积分路径0 r R1HBRIrHrRII02122102 ，R1 r R20000 BHI，1.磁磁 畴畴无外磁场无外磁场B有有外外磁磁场场三三.铁磁质铁磁质 磁畴：磁畴：铁磁体内存在着无数个线度约为铁磁体内存在着无数个线度约为10-4m的小区域，在每个的小区域，在每个
9、小区域内，所有原子的磁矩小区域内，所有原子的磁矩全都向着一个方向排列全都向着一个方向排列。1 当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就 达到饱和状态。饱和状态时磁场强度很大达到饱和状态。饱和状态时磁场强度很大 这就是铁磁质磁性这就是铁磁质磁性 r大的原因。大的原因。说明：说明：2 当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则当温度升高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则 排列。在临界温度（相变温度排列。在临界温度（相变温度Tc）时，铁磁质完时，铁磁质完 全变成了顺磁质全变成了顺磁质。居里点居里点 Tc(Curie Point)如：铁为如：铁为 1040K，
10、钴为钴为 1390K，镍为镍为 630K2.磁化曲线磁化曲线装置装置：环形螺绕环，用铁磁质环形螺绕环，用铁磁质 充满环内空间。充满环内空间。RNIH 2 原理原理：根据安培定理：根据安培定理 由通有的传导电流得：由通有的传导电流得：RII实验实验测量测量B：HB 得出得出曲线曲线:HB磁滞效应磁滞效应1)初始磁化曲线初始磁化曲线2)剩磁剩磁Br饱和磁感应强度饱和磁感应强度Bm3)矫顽力矫顽力Hc3.铁磁质的磁滞回线铁磁质的磁滞回线BrBcH HmBmB rB cH 铁磁质的磁化状态并不能由电流铁磁质的磁化状态并不能由电流I或或H值单值值单值确定，它还取决于该铁磁质此前的磁化历史。确定，它还取决
11、于该铁磁质此前的磁化历史。4)磁滞回线磁滞回线 5)在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高 磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗与与磁滞回线磁滞回线所包围的面积成正比。所包围的面积成正比。不同的铁磁质的磁滞回线的形状不同，表示不同的铁磁质的磁滞回线的形状不同，表示它们各具有不同的剩磁和矫顽力它们各具有不同的剩磁和矫顽力Hc4.铁磁性材料铁磁性材料(1)软磁材料：软磁材料：纯铁，坡莫合金纯铁，坡莫合金(Fe，Ni)，硅钢等。硅钢等。如如 r大，大，(起始磁化率大起始磁化率大)饱和磁感应强度大饱和磁感应强度大 cH cH适用于变压器、继电器、电机、以及各种高频适用
12、于变压器、继电器、电机、以及各种高频 电磁元件的磁芯、磁棒。电磁元件的磁芯、磁棒。特点：特点：矫顽力矫顽力(Hc)小，小，磁滞回线的面积窄而长，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（损耗小（HdB面积小）。面积小）。易磁化、易退磁易磁化、易退磁BH(2)硬磁材料：硬磁材料：钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力矫顽力(Hc)大，大，剩磁剩磁Br大大磁滞回线的面积大，磁滞特性磁滞回线的面积大，磁滞特性非常显著。非常显著。适用于做永磁铁。适用于做永磁铁。BcH cHB特点：特点：(3)矩磁铁氧体（磁性瓷）：矩磁铁氧体（磁性瓷）：HBO具有具有高磁导率高磁导率和和高电阻率高电阻率.常用于高频技术及计算机记常用于高频技术及计算机记忆元件。忆元件。特点：特点：5.磁屏蔽磁屏蔽 把磁导率不同的两种把磁导率不同的两种磁介质放到磁场中，磁介质放到磁场中，在它们的交界面上磁在它们的交界面上磁场要发生突变，引起场要发生突变，引起了磁感应线的折射。了磁感应线的折射。如果两者的如果两者的 相差很多，相差很多，可形成磁屏蔽。可形成磁屏蔽。磁屏蔽示意图磁屏蔽示意图 如：如：常在示波器、显像管中电子束聚焦部分的常在示波器、显像管中电子束聚焦部分的外面加上磁屏蔽罩，可防止磁干扰。外面加上磁屏蔽罩，可防止磁干扰。
