《大学物理磁介质》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理磁介质（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 第 5章 磁介质 （ magnetic medium） 2 5.1 “ 分子电流 ” 模型 5.2 顺磁质与抗磁质 5.3 磁介质的磁化规律 5.4 有磁介质存在时的磁场 H的环路定理 5.6 铁磁介质 5.7 磁场的边界条件 目 录 (1)分子电流假说 ：安培认为，磁介质中的每一个分子都可以看作一个环形电流，在无磁场时，这些环形电流的磁矩方向在空间的取向是杂乱无章的。如图所示 0B mm II 1 分子电流假说 22erevTei 22,erniSPm 电子LmeevrrreviSPme2,22)(2 电子Useful in discussing the atomic angular m
2、omentum because it is quantized Lmepel2 L:轨道角动量 z L -e, r pl 轨道磁矩 轨道角动量 me v 1、电子的轨道磁矩 2、电子自旋磁矩 Smepes22 相对论效应 S:自旋角动量 3、 磁矩 的 量子化 角动量是量子化的 ， 其取值只能是普朗克常数 的整数或半奇数倍 。 sJ1005.1 34 磁矩 (轨道 、 自旋 磁矩 )和 角动量成正比 ， 因此 ， 磁矩 也是 量子化 的 。 6 3、 磁矩 的 量子化 角动量是量子化的 ， 其取值只能是普朗克常数 的整数或半奇数倍 。 sJ1005.134 磁矩 (轨道 、 自旋 磁矩 )和
3、角动量成正比 ， 因此 ， 磁矩 也是 量子化 的 。 J / T241027.92 eB mem 电子 磁矩的取值，等于 玻尔磁子 的 整数倍。 7 5、分子的固有磁矩 所有电子的 轨道磁矩 和 自旋磁矩 的矢量和 “ 分子电流模型 ” 经典电磁学： 用圆电流等效固有磁矩 SI SIp 4、 原子核的磁矩 等于 核磁子的整数倍 原子核的磁矩 可 以 忽略 。 pme2eme2核 磁子 玻尔磁子 8 2 顺磁质 (paramagetic )与抗磁质 (diamagnetic ) 0BB rr 相对磁导率 顺磁质 抗磁质 铁磁质 9 抗磁质（例如铜） 1100.11 5 r顺磁质（例如铝） 11
4、065.11 5 r铁磁质 （铁、钴、镍及其合金，铁氧体） 1r 且与 B0有关 坡莫合金 3105 2107纯铁 硅钢 5101r1r工程上取 介质的磁性 1、顺磁介质 分子具有固有磁矩 固有磁矩趋向外磁场方向 表面出现束缚 (磁化 )电流 加强磁场 jB0B0B mm IIBpM m Mmp0B11 2、抗磁介质 但是 ， 电子磁矩在外磁场力矩作用下进动产生和外磁场 反向的感生磁矩 。 分子固有磁矩 (电子轨道 、 自旋磁矩的矢量和 ） 为零 。 出现反向的表面 束缚电流 减弱磁场 j0B B3、抗磁质的磁化 抗磁质分子的固有磁矩为零 （分子中各电子有磁矩，但 磁效应相互抵消） 加磁场时，
5、看一个电子的磁距： dtLd若从上往下看，电子轨道作 顺时针方向 进动 。 e L . B 0 L p m . M BpM m L p m p m B 0 在外磁场作用下 电子轨道的进动 电子轨道平面 L p m p m B 0 在外磁场作用下 电子轨道的进动 电子轨道平面 L p m p m B 0 在外磁场作用下 电子轨道的进动 电子轨道平面 L p m p m B 0 在外磁场作用下 电子轨道的进动 电子轨道平面 L p m p m B 0 在外磁场作用下 电子轨道的进动 电子轨道平面 L p m p m B 0 在外磁场作用下 电子轨道的进动 电子轨道平面 3、抗磁质的磁化 抗磁质分子
6、的固有磁矩为零 （分子中各电子有磁矩，但 磁效应相互抵消） 加磁场时，看一个电子的磁距： e dtLd若从上往下看，电子轨道作 顺时针方向 进动 。 由此产生等效的，逆时针方向的 分子电流 。 分子电流产生的附加磁矩和外磁场 方向相反 L . B 0 L p m p m 电 子 轨 道 进 动 方 向 . M BpM m 分子电流所产生的附加磁矩方向和外磁场方向相反，附加磁矩产生的附加磁场和外磁场相反。所以抗磁质磁化结果使介质内部的磁场削弱。即： 0BB 1、磁化强度 VpM m 其中： mp 对于顺磁质是指分子磁矩； 对于抗磁质是指分子附加磁矩。 对于顺磁质和抗磁质（统称弱磁质），介质中某一
7、点磁 化强度和该处的磁感应强度成正比： BM m m 磁化率 1 rm 介质磁导率 r 0BMrr01 3 磁化的规律 （ 1）定义 (3)为了描述分子磁矩在磁场中的取向排列的整齐程度，定义 磁化强度矢量 ： VPP e (2)顺磁质的磁化 当顺磁质中存在磁场时，分子电流的磁矩将与磁场方向趋于一致。这就是磁介质的磁化。出现 束缚磁化电流 mm IIVpM m 比较 : (4)磁介质内部的磁感应强度 由于磁介质被磁化，磁化电流将在磁介质中激发磁场，因此，磁介质中任一点P的磁感应强度应该为 : 0BBB 式中 为 P点的合磁感应强度， 为外磁场在 P点的磁感应强度， 为磁化电流在 P点产生的磁感应
8、强度。 0BBB0SnIpnVpNVpMmmmm 2、磁化电流与磁化强度关系 假设： 介质宏观体积内，每个分子电流 Im都相同； 每个分子电流所围面积为 S0 ； 分子磁距 pm取向相同。 由特例给出 (均匀磁化的柱形棒 ) 0B mm II由特例给出 (均匀磁化的柱形棒 ) MabcdM L SMV mpLSjSI 又 Mj 故写成矢量形式 : nMj 此式具有普遍意义 (2). 的关系与 I M取图示的回路 ,则有 : baLldMldM cb ldM dc ldM ad ldM IML 故有 : LldMI I为 S面上的电流 ,L为 S面的边界 (1). 与磁化面电流密度 j 的关系
9、: M 我们现在推导磁化电流与磁化强度矢量的关系：如图 L (b) A (a) dl B S C dl n在介质中任取一以 L 为边界的曲面 S ，计算通过曲面 S 的磁化电流 ，分子电流与 S 的关系可分为三种情况 : （ A）与 S 不相交； (B) 被 S 切割，与 S 相交二次； (C) 被 S 的边界 L 穿过，与 S 相交一次。 IL (b) A (a) dl B S C dl nldMIL 凡中心在圆柱体内的分子电流都被 dl穿过 ， 数量为 ， 贡献为 ldSn 0 ldMldSnIId m 0 sSdPq 对比 所以 在边界线 L上任取一线元 以 为轴线，以 为 底面，作斜圆
10、柱体，其体积为 ： dl dl 0SI IldSdV 0前二种 (A)(B)对 无贡献 ,只有 (C)对 有贡献 。 磁化电流面密度与磁化强度关系 : 若将 dl取在介质表面处 ， 且垂直于磁化电流线 ，定义单位长度上的磁化面电流为磁化电流面密度 ： .,)1c o s,0(c o sMjMjMMMdlldMdlIdjt与表面平行时当nMj InMldnMjld0IldHL则磁介质中的安培环路定理为 : 3磁场强度 , 磁介质中的安培环路定理和高斯定理 H为磁场强度：令即是磁化电流。）是传导电流，有磁介质时，HIldMBldMIIIIldBIIIIILLL.)()()(000000000MBH
11、0奥斯特）的单位是： (104/ 3 OemAH .,000000IldBIldBldHBHMLLL即得真空时H1.磁场强度 由于磁化电流与传导电流在产生磁场方面性质相同 ，故有介质时 ,高斯定理仍成立 (普适性 )： 0SSdB说明 : 磁场是无源场 ,是涡旋场 . 2、磁化率和磁导率 , HM m mmr 1r 0对大多数磁介质，实验证实 ,磁化强度与磁场强度成正比，即 磁介质的磁化率。是一个纯数 定义磁介质相对磁导率为 磁 介质的绝对磁导率 (磁导率 )为 于是在磁介质中有： 的关系MHB ,HHHBHBMBHrmm0000)1(HB 对比 ED rI rR解 取圆形回路为安培回路，则有
12、 在充满均匀磁介质场中磁感应强度为真空中的 倍 . r)(22200RrrIHBrIHIrHIldHrrL例题 一圆柱形电流电流强度为 ， 置于的无限大磁导率为 的磁介质中 ， 求柱外任一点的 Ir HB ,例： 一根长直单芯电缆的芯是一根半径为 R 的金属导体，它和导电外壁之间充满相对磁导率为 r的均匀介质。今有电流 I 均匀地流过芯的横截面并沿外壁流回。求磁介质中磁感应强度的分布。 解：由安培环路定理 iiIldH 内 r ldH IrHH d l 2rIH2 rIHB rr 200 求轴导线间单位长度截面上的磁通量 l r dr SdBd m BdS l d rrIr 20l d rrIRRrm 21 20120 ln2 RRIlr120 ln2 RRIlrm B铁磁质 铁、钴、镍及某些合金等物质 5.6 铁磁质 0 5 10 15 20 磁强计 A 测量磁滞回线的实验装置 螺绕环 铁环 狭缝 测量 B 的探头 （霍尔元件） 电阻 电流表 测量 H 换 向 开 关 0 5 10 15 20 磁强计 A 从磁强计中可以测得 B 根据电流的测量再由式 计算
