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1、第八章 磁介质,8.1 介质的磁化,磁化与极化,铁磁性物质,铁、磁铁矿、镍等强磁性物质,顺磁性物质,钠、铝等,逆磁性物质,铜、铅等,氢原子,2. 电子的轨道磁矩和自旋磁矩,轨道磁矩,轨道电动量,电子的轨道磁矩与轨道角动量成正比,轨道磁机比,r与 正比,经典模型,轨道磁矩,自旋角动量和自旋磁矩,任何电子的自旋角动量,玻尔磁子,自旋磁矩,电子自旋磁机比,4. 逆磁性,没有净磁矩,无外磁场,加外磁场,略去,5. 顺磁矩,例1,无机分子电介质,方向关系,额外的磁矩,原子序数为Z的原子,感生的磁矩与磁场方向相反,顺磁介质中包含具有净磁矩的原子,磁矩平行于磁场趋向,热扰动,铁磁介质本质上和顺磁介质相同,5
2、. 爱因斯坦和德-哈斯等实验,磁介质的磁性起源于电子的轨道磁矩和自旋磁矩,8.2 磁化强度与磁化电流强度,1. 磁化强度,磁化强度,单位为A/m,2. 磁化电流密度,磁化电流,面极化电荷,面磁化电流,体极化电荷,体极化电流,磁化强度M与磁化电流,磁化强度M与侧面磁化电流间,长方体3中心的磁化强度,x分量,长方体2的侧面有磁化电流,长方体3的侧面有磁化电流,分界面上净磁化电流,2的磁化电流体密度Z分量,斯托克斯定理,两个分界面上向上的净磁化电流,沿x轴排列的三个同样大小的长方体,1和2的分界,磁化强度的y方向分量,例1,例2,3. 磁化电流面密度,面磁化电流密度,8.3 磁感应强度与磁场强度 介
3、质磁场的基本方程式,1. 微观场与宏观场,2. 介质磁场的基本方程式,宏观磁感应强度,表示微观电流密度,静磁场的安培环路定理,不易求出的磁化电流,定义磁场强度,H的单位是A/m,高斯定理,微分形式,有介质存在,净磁场,真空,安培环路定理,静电场,高斯定理,环路定理,H的重要性,容易控制与测量的是自由电流,等效磁荷方法,实验都表明B是基本的物理量,8.4 介质的磁化规律,1. 顺磁和逆磁介质,磁化强度M、磁感应强度B和磁场强度H之间的依赖关系,磁化率或磁化系数,居里定律,顺磁质与逆磁质的磁化都是很弱的， 的绝对值很小,则称为绝对磁导率,磁导率,3. B与H的意义,磁滞回线,2. 铁磁介质,磁化强
4、度比通常的顺磁质、逆磁质大数百万倍,M和H的关系不是线性的,饱和磁场强度,定义,去磁,剩磁,矫顽力,3. 铁磁性的起源,铁磁质分为两类,硬磁材料：具有宽的磁滞回线，大的矫顽力及剩磁 制造永久磁铁,软磁材料：具有很狭的磁滞回线 作电磁铁，变压器及电机的铁芯饱和磁化强度 、起始相对磁导率 和最大相对磁导率,铁磁材料都有一定的临界温度称为居里温度,矫顽力 ，剩磁 及最大磁能积,纯铁,每个铁原子应具有的磁矩,铁中包含的原子数,纯铁在饱和磁化时具有的磁矩,海森堡,交换力,本质上是电子的库仑排斥力,磁畴,4. 有磁介质芯的螺线管的磁场的计算,矩形回路abcda,线积分,穿过该回路的电流,螺线管内的磁感应强
5、度,磁化强度,8.5 永久磁铁的磁场,自由电流和磁化电流激发的磁感应强度,合磁感,例,主要是沿轴均匀磁化的圆柱形永久磁铁的磁场,永久磁铁的磁场纯系是由永久磁铁的分子电流激发的 对圆柱体来说,分子电流是分布在侧面上的面电流. 面电流为:我们可以套用螺线管激发磁场的公式计算空间的此感应强度B,以及磁场强度H(H=B/uo-M),磁棒外：M=0,H=B/，与B只差一常数因子,H线与B线的形状完全相同. 磁棒内：M,B同向，M,H反向。位于磁滞回线第二(或四)象限 B线无起点,终点, H线有起点,终点.,利用螺线管模型:,设磁棒长为2l,半径为a,并M=nI代入上式,得磁棒中心磁感应强度为:,H=B/
6、u0-M,(1)M与B同向,H与B反向。(2)若 ,则磁棒相当于无限长,内磁感应强度均匀,其量值为 ,磁场强度H处处为零.(3)若 ,B=0,H=-M.,例设在介质内挖一长为2l,半径为a( l与a均很小)圆柱形空穴,其轴线平行与磁化强度M的方向,试求空穴中心的磁场.,空穴中的磁感应强度B*,可看成两部分的叠加,8.8 静磁屏蔽,磁感应线“喜欢”在相对磁导率大的介质中通过,8.9 磁路定律,磁感应线集中于环内,铁环即形成一个磁路,铁环相对磁导率远大于空气, 磁感应线绝大部分在环内,小部分漏出,成为漏磁,空气隙内磁线外曲,可视为铁与空气的串连,不分支磁路,等价的直流电路,忽略漏磁,将B代入,相比
7、较,对应量,磁路的欧姆定律,称为磁动势，用 表示。,称为磁电阻，用 表示。,称为磁压降，用 表示。,此式表明，二段磁路串联，其磁阻为二段磁路的磁阻之和,绕有两线圈的分支磁路,相似的对于分支磁路，对应于电路有：,磁路的基尔霍夫第一方程：,磁路的基尔霍夫第二定律：,应用基尔霍夫定律的时应记住这两个定律的原理：,1）磁感应线闭合,3）安培环路定律,2）磁感应线喜欢在相对磁导率大的地方通过,应用基尔霍夫定律得：,例如图的磁路，求AD段的磁感应强度（尺寸如图8-39磁路，不过此处只有一个绕组）,2）铁芯有气隙的螺绕环,图8-41 铁芯开有气隙 的螺绕环,由此路的欧姆定律知：磁通量为,空心线圈：,闭合铁芯线圈：,故若将铁芯切去薄薄一片，有效磁导率为：,其中,所以即使铁芯的气隙很小， 和 相比会差很大,
