1、第十一章第十一章 磁磁 场场 中中 的的 磁磁 介介 质质 11-1 磁 介 质 的 磁 化 一、简述一、简述 1.磁介质磁介质凡处在磁场中与磁场发生相互作用的物质。凡处在磁场中与磁场发生相互作用的物质。 2.磁介质中的磁场磁介质中的磁场 II II 0 B 传导电流在真空中的磁场传导电流在真空中的磁场 : 0 B 介质磁化所产生的附加磁场介质磁化所产生的附加磁场 :B B 介质中的合磁场介质中的合磁场, :B BBB 0 3.相对磁导率相对磁导率 o r B B r 0 磁介质的磁导率磁介质的磁导率 0 E 0 E E q q 反方向。总是与 0 EE 0 B 0 B B 同方向。也可能与
2、反方向，可能与 0 0 B BB 4. 磁介质的分类：磁介质的分类： 抗磁质抗磁质: 铁磁质铁磁质: 顺磁质顺磁质: 同向）与 000 (, 1BBBB r 反向）与 000 (, 1BBBB r 如铁、钴、镍等如铁、钴、镍等 00, , 1BB r 磁介质中的磁场磁介质中的磁场: BBB 0 磁介质的分类：磁介质的分类： 抗磁质抗磁质: 顺磁质顺磁质: 同向）与 000 (, 1BBBB r 反向）与 000 (, 1BBBB r 相对磁导率相对磁导率 o r B B 二二.磁介质的磁化的微观机制磁介质的磁化的微观机制 自旋运动自旋运动自旋磁矩自旋磁矩 轨道运动轨道运动轨道磁矩轨道磁矩 电子
3、电子 等效圆形电流 电子 P 1.分子磁矩与分子电流分子磁矩与分子电流 I m p m p 分子电流分子电流 分子分子: m PP 电子 分子磁矩分子磁矩 电介质分子电介质分子: 有固有电矩有极分子 无固有电矩无极分子 磁介质分子磁介质分子: 有固有磁矩顺磁质 无固有磁矩抗磁质 2.顺磁质的磁化顺磁质的磁化 M B 0 p m 受力矩作用受力矩作用 ),( 0 BPM m m PB 时，0 0 方向转向使 0 BP m 但由于分子的热运动，但由于分子的热运动， 0 m PV 内 0 m P 时0 0 B BB 同方向的产生与 0 0 BB B B 0 B 3.抗磁质的磁化抗磁质的磁化 L f
4、)(向心力变小作用vfL 22 2 erv r r v eISP 电子 电子 P 电子 反向的即产生与PB 0 0 B 同方向与 电子 PB 0 ) 1 反向）（与反向）（与产生 对运动电荷作用存在 电子 电子 00 0 BPBP PfB m L 00 m PPP 电子电子 但 q v 电子 P 0 B v q 电子 P 反方向与 电子 PB 0 )2 L f )(向心力变大作用vfL 22 2 erv r r v eISP 电子 电子 P 电子 反向的即产生与PB 0 m p 与原磁场方向相反所以与原磁场方向相反所以 由于附加磁矩由于附加磁矩 0 BB 0 BB 方向与方向与 方向相同方向相
5、同 2)2)抗磁性抗磁性-产生附加磁距产生附加磁距 1)1)顺磁性顺磁性-固有磁距转向固有磁距转向 0 BB 方向与方向与 方向相反方向相反 结论：结论： 三三、磁化强度磁化强度 磁化电流磁化电流 V p M m 1、磁化强度矢量、磁化强度矢量 2、磁化面电流、磁化面电流 Is在均匀外磁场中，各向同性均匀在均匀外磁场中，各向同性均匀 的磁介质被磁化，沿着柱面流动未被抵消的分子电流。的磁介质被磁化，沿着柱面流动未被抵消的分子电流。 . . . . . . I l B 0 分子电流分子电流 传导电流传导电流 M （也称为束缚面电流）（也称为束缚面电流） 磁化面电流磁化面电流 磁化面电流密度磁化面电
6、流密度 jS 在垂直于电流流动方向上单位在垂直于电流流动方向上单位 长度的分子面电流。长度的分子面电流。 B B 0 B S S m j lS Sj V p M l | 设一长为设一长为l，截面积为截面积为 S的的均匀介质，其表面均匀介质，其表面 磁化面电流为磁化面电流为 IS， ，其线密度为 其线密度为 l / S Ss s I Ij j l M s I l M s I 则：磁化电流的总磁矩大小为：则：磁化电流的总磁矩大小为： lSjSI sS m p SSL IabjabMdM l 以充满均匀介质的螺旋管为例，以充满均匀介质的螺旋管为例， 选如图回路，求环流选如图回路，求环流 M ab c
7、d l 3、磁化强度的环流、磁化强度的环流 L dMl 磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过此回路的磁化电磁化强度沿任一回路的环流，等于穿过此回路的磁化电 流的代数和。流的代数和。IS与与L环绕方向成右旋者为正，反之为负。环绕方向成右旋者为正，反之为负。 11-2有介质时的高斯定理和安培环路定理有介质时的高斯定理和安培环路定理 一、一、有有磁介质时的高斯定理磁介质时的高斯定理 0 BBB 线都是闭合线线和BB 0 0SdB s 二、有二、有磁介质时的安培环路定理磁介质时的安培环路定理 L L Il dBBI 000 真空中： 磁介质中： I IS L s L IIl dBB)( 0 L SL I
8、dMl ll dMIdB L0 L L0 M B H 0 定义磁场强度定义磁场强度 则有：则有： L L 0 Id)M B (l L L IdHl 磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 物理意义物理意义沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该 闭合路径所包围的传导电流的代数和。闭合路径所包围的传导电流的代数和。 ) ll( 00 dMIdB L L L 三者的关系三者的关系、三、三、MBH 实验证明：实验证明： HM m Xm磁化率磁化率 0 m 顺磁质： 0 m 抗磁质： 物理量，是个纯数。物理量，是个纯数。 只与介质性质有关的只与介质性质有关的 r +
9、1 m = 而：而： M B H 0 由：由： MHB 00 HM m HB m )1 ( 0 HHB r 0 有磁介质时，一般根据有磁介质时，一般根据自由电流自由电流的分布，先求的分布，先求 的的 分布，而后再利用分布，而后再利用 与与 的关系求的关系求 的分布。的分布。 H H B B L L IdHl 例例一无限长载流圆柱体，通有电流一无限长载流圆柱体，通有电流I ，设电流设电流 I 均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为均匀分布在整个横截面上。柱体的磁导率为， 柱外为真空。柱外为真空。 求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。求：柱内外各区域的磁场强度和磁感应强度。 I 0 R R r
10、 IrHdH L 2l 2 r2r2 0 2022 I HB I H 得：得： H r R 2 I R O 2 I R 0 B r R 2 I R O 在分界面上在分界面上H 连续连续, B 不连续。不连续。 + + + + + + + + + + + + 例例：载流长直密绕螺线管内充有载流长直密绕螺线管内充有相对磁导率为相对磁导率为 ,的介质 r 绕组的传导电流为绕组的传导电流为I，单位长度上的匝数为单位长度上的匝数为n 求：求：（1）H，（，（2）B，（，（3）M，（，（4）每匝磁化面电流每匝磁化面电流 B H a d c b 解： nlIHldaH dlHl dH daL cos) 1
11、( nIH 得： nIHB r 0 )2( nIHM rm ) 1()3( n j i s s 每匝 )4( s j I n M r ）（1 nIH 得： H B 0 HB 由安培环路定理由安培环路定理 rnIHdH2r2l n j i s s 解： Mjs 例例 在磁导率在磁导率 的细磁介质环上，均的细磁介质环上，均 匀密绕线圈，匀密绕线圈，n=1000匝匝/米，绕组电流米，绕组电流I=2A。求与每匝相求与每匝相 应的等效磁化电流应的等效磁化电流 is。 。 mAWb /105 4 A790 磁磁 介介 质质 分类分类 宏观宏观 微观微观 顺磁质顺磁质: 抗磁质抗磁质: 同向）同向）与与 0 0 ( , 1 BB BB r 反向）反向）与与 0 0 ( , 1 BB BB r 有固有磁矩 无固有磁矩 磁化的微观机制磁化的微观机制 方向方向转向于转向于 受磁力矩作用受磁力矩作用 时，时， 0 0 0 B P B m 0 m PP 电子 0 m PP 电子 电子 反向的 即产生与 P B 0 磁化强度与磁化电流磁化强度与磁化电流 S jM | S L IdM l 有有磁介质时的安培环路定理磁介质时的安培环路定理 L L IdHl B M B H 0 其中： V p M m 磁化强度矢量磁化强度矢量
