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1、北极光,第十二章 磁介质中的磁场,12-1 磁介质的磁化 磁导率,12-2 磁介质中的磁场 有磁介质时的安培 环路定理 磁场强度,12-3 铁磁质,1. 了解磁介质的磁化及其微观解释； 2. 了解各向同性磁介质中的 和 之间的关系和区别； 3. 了解磁介质中的高斯定理和安培环路定理； 4. 了解铁磁质的特性。,教学基本要求,一. 磁介质的三种类型,1. 磁介质的磁化,磁介质 凡与磁场有相互影响的实物物质,磁介质放在传导电流的磁场中也要产生附加磁场的现象,介质中总磁感强度,磁介质磁化后产生的附加磁场,传导电流的磁场,12-1 磁介质的磁化 磁导率,2. 磁介质分类,抗磁质,顺磁质,与 同向，且,
2、铁磁质,如 和它们的合金,、,、,Ni,Co,Fe,以及铁氧体等,与 反向，且,对磁场空间中的均匀各向同性磁介质,与 同向，且,1. 分子电流和分子磁矩,物质分子中各电子同时参与两种运动：绕核运动与自旋,二. 顺磁质和抗磁质磁化的微观机理,分子电流,S,N,N,S,分子磁矩,各电子绕核运动和自旋的等效电流,左视图,顺磁质的磁化,分子磁矩无序排列,趋向外磁场方向,分子磁矩转向,2. 顺磁质和抗磁质磁化的微观机理,分子电流,附加磁场 与 同向,加外磁场,在外磁场中各电子因旋进产生分子电流，引起附加磁矩,无外磁场时，抗磁质分子电流总体为零，但各电子仍有绕核运动与自旋。,抗磁质的磁化,附加磁场 与 反
3、向,-e,电子轨道运动,电子角动量,角动量绕 旋进转向,电子磁矩,等效分子电流,角动量旋进转向,角动量,陀螺的进动,附加磁矩 与 方向相反,三. 磁导率,相对磁导率,真空中,磁导率,三种磁介质的磁导率,顺磁质,抗磁质,铁磁质,一些磁介质室温下的相对磁导率,对一切抗磁质和顺磁质，,真空中安培环路定理的进一步说明,穿过回路所包围曲面的传导电流与分子电流的代数和,真空中安培环路定理也适用于有磁介质存在的磁场,空间所有的传导电流与分子电流在回路上产生的磁感强度,实际应用中，分子电流无法直接测量，则希望等式右边只含传导电流,传导电流,分子电流,12 -2 磁介质磁场的安培环路定理 磁场强度,一. 磁化面
4、电流,顺磁质的磁化面电流与传导电流方向相同，抗磁质的则相反,以充满均匀顺磁质磁介质的螺线管为例,传导电流 I,内部磁效应相互抵消,分子电流,磁化面电流,附加磁场,磁化面电流线密度,螺管圆柱面单位长度上的磁化面电流的计算,根据定义,介质内总磁感强度,抗磁质取负号,大小为,磁介质中,二. 有磁介质时的安培环路定理,l,c,d,b,a,取环路abcd,单位长传导电流为nI,是一个辅助物理量。,的环流只与传导电流有关，但 不仅由 决定。,磁场线描绘磁场强度。 线上任一点的切向为该点 的方向，磁场线的密度等于该点 的大小。,磁场强度,磁介质中的安培环路定理,令,例题 12-1 磁导率为的铁磁质为铁芯的环
5、形螺线管，n = 500，I =4A， = 5.010-4 H/m。计算：环内H、B；介质的磁化面电流线密度 。,解,取过环内任一点 的 线为闭合曲线 L,I,用核磁共振技术产生的人脑截面的伪彩色图像,永磁体,产生电磁脉冲,核磁共振,B-H 曲线,H(A/m),铁磁质的一些特殊性质：,，且不是常量，是 H 的函数,铁磁质满足普适关系,外磁场撤除后，仍保留部分磁性剩磁现象,超过临界温度（居里点）铁磁性消失，变为顺磁质,铁磁质,顺磁质,抗磁质,12-3 铁磁质,一. 铁磁质的磁化曲线,H,c,a,b,d,e,f,Br,-Hc,O,起始磁化曲线,剩余磁感强度,矫顽力,磁滞回线,磁滞 B 总是落后 H
6、 的变化,B,换向开关,冲击电流计,铁磁质磁化曲线的测量,二. 铁磁性材料,磁滞回线,应用于交变磁场,1. 软磁材料 如软铁、硅钢等,特征,Hc小，曲线包围面积瘦小，损耗小，易磁化也易退磁,H,B,电磁起重机,变压器,2. 硬磁材料 如碳钢和特种钢,Hc大，曲线包围面积肥大，剩磁大，不易退磁,应用于制造永磁体,H,B,磁滞回线,特征,B,H,退磁曲线,(BH)m,最大磁能积,纸盆式扬声器,线圈,纸盆,永磁体,输入电信号,矩磁材料,如铁氧体,可制成计算机的记忆元件,Hc小，回线呈矩形， 接近饱和磁感强度,输入(输出)电信号,磁记录原理,磁化,磁隙,读写磁头,移动的磁带,放大器,麦克风,线圈,铁芯
7、,放大,磁感应线,静音区,H,B,硬磁材料的退磁,退磁曲线,硬磁材料退磁需在衰减的交变电流产生的磁场中完成。,例如长直螺线管,衰减的交变电流产生的即为衰减的交变磁场,几种硬磁材料的性能参量,几种软磁材料的性能参量,1. 磁畴,铁磁质中因电子自旋形成的自发磁化区,三. 铁磁质磁化的微观解释,钴镍铁素体单晶体100面上的磁畴结构,无外磁场磁畴随机排列,磁畴趋向外磁场方向,外磁场,无外场,壁移,磁矩方向与外场接近的磁畴的边界扩大,转向,磁矩转向外场方向,饱和,所有磁畴都转向外场方向,2. 铁磁质的磁化过程,外磁场,外磁场,外磁场增强,一个具有磁性的细菌，磁体形成的链如同磁针使其在地磁场中可以定向,Fe3O4 磁体颗粒,
