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1、第二十一章 磁介质,本章教学要求： 了解介质的磁化现象及其微观解释。了解铁磁质 的特性。了解各向同性介质中H和B之间的关系和 区别。了解介质中磁场的高斯定理和安培环路定理。,本章重点： 磁场的高斯定理和安培环路定理，磁场的高斯定理 和安培环路定理 本章难点： 各类磁介质的磁化机理，铁磁质的特性,返回目录,下一页,上一页,21.3 铁磁质,返回总目录,21.2 磁介质中的高斯定理与安培环路定理,磁介质内部：,定义介质的相对磁导率：,三种不同的磁介质：,返回本章目录,下一页,上一页,实验发现：有、无磁介质的螺旋管内磁感应强度的比值，可表征它们在磁场中的性质。,顺磁质，抗磁质都称为弱磁质,返回本章目
2、录,下一页,上一页,分子的固有磁矩 ，,返回本章目录,下一页,上一页,抗磁质,顺磁质,21.1.2 顺磁质与抗磁质的磁化,返回本章目录,下一页,上一页,抗磁质的磁化机理,*电子的进动：在外磁场作用下，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动。,可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，这种进动等效圆电流附加磁矩Pm的方向永远与B0 的方向相反。,方向一致!,顺磁质 ，即在 作用下 转向 方向，使得 与 同向。,抗磁质 ，但进动产生 ， 与 反向，使得 与 反向。,分析（b）（c）两图有：分子中各个电子因进动 产生的附加磁矩 总
3、与 的方向相反。,返回本章目录,下一页,上一页,2010年首个诺贝尔奖+搞笑诺贝尔奖双料得主诞生 荷兰科学家Andre Geim。十年前他因磁悬浮青蛙获得搞笑诺贝尔奖。十年后他因石墨烯（graphene）的结构获诺贝尔奖。,青蛙属于抗磁质。当青蛙被放到磁场中，青蛙的每个原子都像一个小磁针，外界磁场对这些小磁针作用的结果产生了向上的力，如果磁场的强度适当，这力与青蛙受的重力达到平衡，它们就能悬在空中。,实际上动物都属于抗磁质，只要用足够强的磁场，就有可能使人悬浮起来。,磁化强度,（与电极化强度 定义类似。）,4、磁化强度,顺磁质的磁化强度,方向与外磁场方向相同，,方向与外磁场方向相反。,抗磁质的
4、磁化强度,单位：,（安/米),反映磁介质磁化程度(大小与方向)的物理量。,5. 磁化电流,对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电流相互抵消，而在介质表面，各分子电流相互叠加，在磁化圆柱的表面出现一层电流，好象一个载流螺线管，称为磁化面电流。,58 磁化电流的产生2ok.swf,设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电流为jm （磁化面 电流密度），则长为l 的一段介质上的磁化电流强度Im为,取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为l，而BC、AD两边则垂直于柱面。,磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。,对比,，,故对总磁场,有,21-
5、2 磁介质中的高斯定理与安培环路定理,21-2-1 磁介质中的高斯定理,无磁介质时,有磁介质时,21-2-2 有磁介质时的安培环路定理,定义磁场强度,磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径的所有传导电流的代数和，而与磁化电流无关。,实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。,式中m只与磁介质的性质有关，称为磁介质的磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，它是一个常量；如果磁介质是不均匀的，它是空间位置的函数。,对比,值得注意：H 的引入为研究介质中的磁场提供了方便，但它不是反映磁场性质的基本物理量，B 才是反映磁场性质的基本物理量。
6、,磁导率 =0 r,对比,21-2-3 磁化强度,、磁感应强度,和磁场强度,之间的关系,各向同性的介质,例 有两个半径分别为 和 的“无限长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁导率为 的磁介质.当两圆筒通有相反方向的电流 时，试 求（1）磁介质中任意点 P 的磁感应强度的 大小;（2）圆柱体外面一点 Q 的 磁感强度.,解 对称性分析,同理可求,2、实验（略）,3. 磁化曲线,(a),(b),(c),（1）由于磁化，铁磁质内部磁场比无铁磁质时增大百倍至千倍以上。,（2） 不是恒量。即 与 不是简单的线性关系。,（3）磁化场撤除后，铁磁质内仍得到一定的磁性。,返回本章目录,下一页,上一页,4.
7、 磁滞回线,(a) BH磁滞回线,(b)MH磁滞回线,5. 磁滞损耗 磁滞伸缩 居里点,返回本章目录,下一页,上一页,图,无外磁场,外磁场,外磁场,外磁场,(a),(b),(c),(d),在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为磁畴。,3. 磁畴,在没有外磁场作用时，磁体体内磁矩排列杂乱，任意物理无限小体积内的平均磁矩为零。,无外磁场,外磁场,外磁场,外磁场,(a),(b),(c),(d),在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能将低于磁矩与外磁反向
8、排列时的磁能，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转，以后再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化达到饱和。,临界温度Tc。在Tc以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质，Tc称为居里温度或居里点。不同的铁磁质有不同的居里温度Tc。纯铁：770C，纯镍：358C。,居 里,装置如图所示：将悬挂着的镍片移近永久磁铁，即被吸住，说明镍片在室温下具有铁磁性。用酒精灯加热镍片，当镍片的温度升高到超过一定温度时，镍片不
9、再被吸引，在重力作用下摆回平衡位置，说明镍片的铁磁性消失，变为顺磁性。移去酒精灯，稍待片刻，镍片温度下降到居里点以下恢复铁磁性，又被磁铁吸住。,4. 铁磁质的应用,作变压器的软磁材料。 纯铁，硅钢坡莫合金(Fe，Ni)，铁氧体等。,r大，易磁化、易退磁（起始磁化率大）。饱和磁感应强度大，矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。,用于继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。,作永久磁铁的硬磁材料,钨钢，碳钢，铝镍钴合金,矫顽力(Hc)大（102A/m)，剩磁Br大磁滞回线的面积大，损耗大。,用于磁电式电表中的永磁铁。 耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。,作存储元件的矩磁材料,Br=BS，Hc不大，磁滞回线是矩形。 用于记忆元件，当+脉冲产生H Hc 使磁芯呈+B态，则脉冲产生H Hc 使磁芯呈 B态，可做为二进制的两个态。,锰镁铁氧体，锂锰铁氧体,压磁材料具有较强的磁致伸缩效应，常用于制造超声波发生器。,铁磁体在交变磁化磁场的作用下，它的形状随之改变，叫做磁致伸缩效应。,
