有磁介质存在时的磁场实用课件

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1、1磁介质：磁化了的物质也会产生附加磁场，对原磁场产生影响。这种影响原磁场的物质称为磁介质。介质中磁化产生的附加磁场磁介质中的磁场真空中的磁场即：相对磁导率r第1页/共29页2r随磁介质性质不同有很大的差异磁介质种类磁介质种类相对磁导率相对磁导率顺磁质顺磁质铜铜（293K）1+1.0 10-5逆磁质逆磁质铝铝（293K）1 1.0 10-5铁磁质铁磁质纯铁纯铁坡莫合金坡莫合金5 103（最大值）（最大值）1 105（最大值）（最大值）第2页/共29页3磁介质分类弱磁性物质强磁性物质（铁磁质）顺磁质（与 同向）r1，增强原磁场逆磁质（与 反向）r1，大大增强原磁场第3页/共29页4二、磁介质的磁化

2、1.微观解释（以氧原子为例）电子绕核的轨道运动 pm=9.279.27 1010-24-24J/TJ/T 电子自旋 pm=9.279.27 1010-24-24J/TJ/T 原子核自旋 pm附加磁矩,分子磁矩是产生磁效应的主要原因.为什么顺磁质在无外磁场时不显磁性？思考题：思考题：第8页/共29页9 介质的磁化实质上是分子磁矩的取向以及在外磁场作用下产生附加磁矩的作用。引入反映介质磁化程度的物理量，磁化强度矢量均匀磁化：非均匀磁化：单位：Am-1三、磁化强度矢量第9页/共29页101.磁化电流模型：与 同向（介质内部处处）研究磁化强度、附加磁矩和分子磁矩之间的关系。四、磁化电流磁化电流束缚电流

3、微观上宏观上第10页/共29页11 分子电流因磁化而呈现出宏观电流，称为磁化电流。这个电流不伴随任何带电粒子的宏观位移，所以,又称为束缚电流。对于各向同性均匀介质，均匀磁化时，内部的分子电流相互抵消，而在介质表面各分子电流相互叠加。类比：电介质的极化过程质极化电荷束缚电荷E微观上宏观上第11页/共29页122.磁化电流与磁化强度关系 上式表明：面磁化电流密度等于磁化强度沿介质表面的切向分量引入辅助矢量磁场强度注意:H,B不是原来的外场第12页/共29页133.磁场强度与磁感强度的关系各向同性介质，实验证明代入磁场强度的定义式，得令第13页/共29页1412-2 磁介质中的安培环路定理磁介质中的

4、安培环路定理一、磁介质中的安培环路定理考虑磁化电流对磁场的贡献，安培环路定理写为单位：1A.m-1=410-3Oe（奥斯特）磁介质中的安培环路定理：第14页/共29页15 用安培环路定理求 由 代入 求 由 求 由 求二、有磁介质时的磁场各量计算磁感强度磁化强度磁场强度区分三个概念：第15页/共29页16例题：在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁质，已知螺绕环中的传导电流为I，单位长度内匝数为n，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为r和，求环内的 和 。r解：分析对称性，在环内任取一点，作同向圆，应用安培环路定理方向为圆环的切线方向。第16页/共29页17环内无磁

5、介质时上式说明环内充满均匀磁介质后，环内的磁感强度改变到环内是真空时的r倍。上式可作为磁介质相对磁导率的定义，实验中利用这个定义式测定r值。第17页/共29页18解：分析对称性，在环内任取一点，作同向圆，应用安培环路定理试求:1)圆柱体外圆柱面内一点的磁场；2)圆柱体内一点的磁场；3)圆柱面外一点的磁场。例题：一半径为R1的无限长圆柱体（导体，=0）中通有电流I，在它外面有半径R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。III第18页/共29页1912-3 铁磁质铁磁质一、铁磁质的特性相对磁导率比较大，且随磁场强弱发生变化；有明显的磁滞效应；铁磁

6、质磁化存在一居里点。第19页/共29页20特点：1.起始磁化曲线非线性（HB）r随H变化实验测量：HBOBHrH 通常把铁磁质试样做成环状，外面绕上若干线圈电流计测量I，磁通计测量B得到试样的HB曲线。r第20页/共29页21u外磁场撤去后,仍能保留部分磁性存在，这种现象称为剩磁现象。u铁磁质的初始磁化、消磁、反向磁化过程构成一图所示的闭合曲线，称为磁滞回线。u由闭合曲线看到，B的变化总是落后于H的变化。这种现象称为磁滞现象.2.磁滞回线及磁滞现象HB磁滞回线各过程示意磁滞回线各过程示意 第21页/共29页22二、铁磁质的起因 铁磁质内部原子间的相互作用非常强烈,在这种作用下,铁磁质的内部形成

7、了一些自发磁化的小区域磁畴.每一磁畴中,各原子的排列很整齐,因此具有很强的磁性.但不同的磁畴排列方向彼此不同,所以没有外磁场时,各磁畴磁矩相互抵消,对外不显磁性.加上外磁场:各磁畴磁矩取向趋于一致,且与外磁场方向相同,所以在不强的外磁场下,铁磁质会表现出很强的磁性.通常铁磁质产生的附加磁场要比外磁场要大好几个数量级。磁化过程示意磁化过程示意 第22页/共29页23 存在居里点原因:铁磁质中的自发磁化区域磁畴受到剧烈的分子热运动的破坏，磁畴被瓦解,铁磁质的特性消失,过渡到顺磁质.不同的铁磁质居里温度亦不同.铁磁质的磁滞及剩磁原因:用于磁畴的转向需要克服阻力（来自磁畴间的摩擦），因此当外磁场减弱或

8、消失时磁畴并不按原来的变化规律退回原状，因而表现磁滞现象。当外磁场停止作用后，磁畴的某种排列被保留下来，使得铁磁质仍能保留磁性。第23页/共29页24不同铁磁性物质的磁滞回线有很大差异。图示三种铁磁材料的磁滞回线。a）软磁材料b）硬磁材料c）矩磁铁氧体材料HBHBHB三、铁磁质的分类第24页/共29页25思考题：思考题：1.有两根铁棒，外表完全一样。一根是磁铁，另一根不是磁铁。你怎样把他们区别开？不准把随便一根棒作磁针悬挂起来，或用任何其它仪器。2.中子没有电荷，但有磁矩。根据经典电磁学，这种情况是否可能？或者说，仅由此证据是否就可以说明经典电磁学已经不成立？3.把一枚铁钉放在靠近强磁铁的光滑

9、桌面上，然后由静止释放，这枚铁钉就被磁铁所吸引。这枚铁钉冲击到磁铁之前的瞬间所具有的动能从何而来？第25页/共29页264.下面的几种说法是否正确，试说明理由：1)H仅与传导电流（自由电流）有关；2)不论抗磁质与顺磁质，B总与H同向；3)通过以闭合曲线L为边线的任意曲面的B通量均相等；4)通过以闭合曲线L为边线的任意曲面的H通量均相等。5.将磁介质样品装入试管中并吊挂到螺线管上端开口处。当螺线管通电后，则可发现随样品的不同，它可能受向上或向下的磁力。受到向上磁力的样品是抗磁质还是顺磁质？螺线管样品第26页/共29页27四、磁屏蔽原理 在磁场中两种磁介质的交界面的两侧，由于相对磁导率不同，磁化强度也不同，因而界面两侧的磁场也不同。由安培环路定理和磁场高斯定理得到磁场的边界条件：由上式得12B1B2B2tB2nB1nB1t第27页/共29页28 对于顺磁质和逆磁质，相对磁导率几乎等于1，所以B线越过分界面时，方向基本不变。对铁磁质，由于r 1，所以B线越过分界面时，方向将有很大的变化，使铁磁质内的B线几乎都平行于表面延续。磁屏蔽原理：超导或铁磁质内的磁感线几乎平行表面。第28页/共29页29感谢您的欣赏！第29页/共29页