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1、1磁介质中的磁场磁介质中的磁场1. 1. 1. 1. 磁介质磁介质磁介质磁介质磁磁 化：化：磁场对场中的物质的作用称为磁化。磁场对场中的物质的作用称为磁化。磁介质：磁介质：在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。在磁场中影响原磁场的物质称为磁介质。总磁感总磁感强度强度附加磁附加磁感强度感强度外加磁外加磁感强度感强度 磁化后磁化后介质内部的介质内部的总总磁场与附磁场与附加磁场和外加磁场和外磁场的关系：磁场的关系：32. 2. 2. 2. 分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩 分子电流：分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子把分子或原子看作一个整体，分子或原子中各
2、个电子对外界所产生磁效应的总和，可用或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。一个等效的圆电流表示，统称为分子电流。 分子磁矩：分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符号矩，用符号 表示。表示。 电子的进动：电子的进动：在外磁场在外磁场 的作用下，分子或原的作用下，分子或原子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，子中和每个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本这时，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身的自旋以外，还
3、要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进动。线的转动，称为电子的进动。 附加磁矩：附加磁矩：因进动而产生的等效磁矩称为附加因进动而产生的等效磁矩称为附加磁矩，用符号磁矩，用符号 表示。表示。43. 3. 3. 3. 抗磁质的磁化抗磁质的磁化抗磁质的磁化抗磁质的磁化4. 4. 4. 4. 顺磁质的磁化顺磁质的磁化顺磁质的磁化顺磁质的磁化 顺顺磁磁材材料料在在外外磁磁场场作作用用下下，原原先先方方向向杂杂乱乱无无章章的的分分子子磁磁矩矩转转向向外外磁磁场场方方向向，因因而而在在宏宏观观上上呈呈现现出出一一个个与与外外磁磁场场同同向向的的附附加加磁磁场场，这这就就是是顺顺磁磁性性的的起起
4、源。源。 抗抗磁磁材材料料无无固固有有磁磁矩矩，在在外外磁磁场场的的作作用用下下，磁磁体体内内任任意意体体积积元元中中大大量量分分子子或或原原子子的的附附加加磁磁矩矩的的矢矢量量和和 有有一一定定的的量量值值，结结果果在在磁磁体体内内激激发发一一个个和和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。5无磁介质时无磁介质时磁场中充满同磁场中充满同种磁介质时种磁介质时5、磁介质中的安培环路定理、磁介质中的安培环路定理两侧对任意路径两侧对任意路径L积分：积分：定义：磁场强度：定义：磁场强度：介质磁导率介质磁导率6注意：注意：（1）H是总磁场强度，既包括外
5、磁场的贡献，是总磁场强度，既包括外磁场的贡献，也包括磁化后的磁介质对磁场的贡献。也包括磁化后的磁介质对磁场的贡献。（2）对）对I 只是只是传导电流传导电流I。 表明：表明：磁场强度矢量的环流和传导电流磁场强度矢量的环流和传导电流I有关，而有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是中是A/m. 磁磁介介质质中中的的安安培培环环路路定定理理：磁磁场场强强度度沿沿任任意意闭闭合合路路径径的的线线积积分分等等于于穿穿过过该该路路径径的的所所有有传传导导电电流流的的代数和。代数和。有磁介质时的有磁介质时的安培环路定理安培环路定理7 例例1.1
6、.在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为知螺绕环中的传导电流为 ，单位长度内匝数，单位长度内匝数 ，环的横，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磁导率分别为 和和 。求环内的磁场强度和磁感应强度。求环内的磁场强度和磁感应强度。解：解：在环内任取一点，在环内任取一点，过该点作一和环同心、过该点作一和环同心、半径为半径为r r的圆形回路。的圆形回路。由对称性可知，在所取圆形由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的回路上各点的磁感应强度的大小相
7、等，方向都沿切线。大小相等，方向都沿切线。N为螺绕环上线圈的总匝数为螺绕环上线圈的总匝数9 例例2、 如如图图所所示示，一一半半径径为为R1的的无无限限长长圆圆柱柱体体（导导体体 0 ）中中均均匀匀地地通通有有电电流流I，在在它它外外面面有有半半径径为为R2的的无无限限长长同同轴轴圆圆柱柱面面，两两者者之之间间充充满满着着磁磁导导率率为为 的的均均匀匀磁磁介介质质，在在圆圆柱柱面面上上通通有有相相反反方方向向的的电电流流I。试试求求（1）圆圆柱柱体体外外圆圆柱柱面面内内一一点点的的磁磁场场；（2）圆圆柱柱体体内内一点磁场；（一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。）圆柱面外一点的磁场。解解 （1）
8、当当两两个个无无限限长长的的同同轴轴圆圆柱柱体体和和圆圆柱柱面面中中有有电电流流通通过过时时，它它们们所所激激发发的的磁磁场场是是轴轴对对称称分分布布的的，而而磁磁介介质质亦亦呈呈轴轴对对称称分分布布，因因而而不不会会改改变变场场的的这这种种对对称称分分布布。设设圆圆柱柱体体外外圆圆柱柱面面内内一一点点到到轴轴的的垂垂直直距距离离是是r1，以以r1为为半半径径作作一一圆圆，取取此此圆圆为为积积分回路，根据安培环路定理有分回路，根据安培环路定理有IIIR1R2r2r1r310（2）设设在在圆圆柱柱体体内内一一点点到到轴轴的的垂垂直直距距离离是是r2，则则以以r2为为半半径径作作一一圆圆，根根据据
9、安安培环路定理有培环路定理有IIIR1R2r2r1r3 式中式中 是该环路所包围的电流部分，由此得是该环路所包围的电流部分，由此得12电介质电介质磁介质磁介质对应关系对应关系求解思路求解思路（1）对称性分析，）对称性分析， 选高斯面选高斯面（2）由）由 求求（3）由）由 求求（1）对称性分析，选安培环路）对称性分析，选安培环路（2）由）由 求求（3）由）由 求求介质中的高斯定理：介质中的高斯定理：介质中的安培环路定理介质中的安培环路定理:13与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：(1)(1)在外磁
10、场的作用下能产生很强的附加磁场。在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。(2)(2)外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。(4)(4)具具有有临临界界温温度度Tc，Tc称称为为居居里里温温度度或或居居里里点点。在在Tc以以上上，铁铁磁磁性性完完全全消消失失而而成成为为顺顺磁磁质质，不不同同的的铁铁磁磁质质有有不不同同的的居居里里温温度度Tc。纯纯铁铁：770C，纯纯镍：镍：358C。铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质(3)(3)相相对对磁磁导导率率不不是是常常数数，而而是是随随外外磁磁场场的的变变化化而而变变化化；具具有有磁磁滞滞现现象象， 之之间间不不具具有有简简单
11、单的的线性关系。线性关系。142. 2. 2. 2. 磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线 当当铁铁磁磁质质达达到到饱饱和和状状态态后后，缓缓慢慢地地减减小小H，铁铁磁磁质质中中的的B并并不不按按原原来来的的曲曲线线减减小小，并并且且H= =0时时，B不不等等于于0，具具有有一一定定值，这种现象称为值，这种现象称为剩磁剩磁。-HcdHc-BrefBrcbBHaO 要要完完全全消消除除剩剩磁磁Br，必必须须加加反反向向磁磁场场，当当B=0时时磁磁场场的的值值Hc为铁磁质的为铁磁质的矫顽力矫顽力。 当当反反向向磁磁场场继继续续增增加加，铁铁磁磁质质的的磁磁化化达达到到反反向向饱饱和和。反反向向磁磁场场
12、减减小小到到零零，同同样样出出现现剩剩磁磁现现象象。不不断断地地正正向向或或反反向向缓缓慢慢改改变变磁磁场场，磁磁化化曲曲线线为为一一闭闭合合曲线曲线磁滞回线磁滞回线。15 B的的变变化化总总落落后后于于H的的变变化化，称称磁滞现象磁滞现象。 在反复磁化过程中能量的在反复磁化过程中能量的损失叫做损失叫做磁滞损耗磁滞损耗。缓慢磁化缓慢磁化过程，经历一次磁化过程损耗过程，经历一次磁化过程损耗的能量与磁滞回线包围的面积的能量与磁滞回线包围的面积成正比。成正比。-HcdHc-BrefBrcbBHaO16BHOBHO 矫矫顽顽力力很很小小(Hc102Am-1)，磁磁滞滞回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小。
13、回线窄，所围的面积小，磁滞损耗小。 软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合金、软磁材料如纯铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体等材料，适用于交变磁场中，常铁氧体等材料，适用于交变磁场中，常用作变压器、继电器、电动机、电磁铁用作变压器、继电器、电动机、电磁铁和发动机的铁芯。和发动机的铁芯。 矫矫顽顽力力大大，剩剩磁磁大大、磁磁滞滞回回线线宽，所围的面积大，磁滞损耗大宽，所围的面积大，磁滞损耗大。4. 4. 4. 4. 软磁材料软磁材料软磁材料软磁材料5. 5. 5. 5. 硬磁材料硬磁材料硬磁材料硬磁材料17 硬硬磁磁材材料料如如碳碳钢钢、钨钨钢钢、铝铝镍镍钴钴合合金金等等材材料料。磁磁化化后后能能保保持持很很强强的的磁磁性性，适适用用于于制制成成各各种种类类型型的的永久磁铁。永久磁铁。 矩矩磁磁材材料料的的磁磁滞滞回回线线接接近近于于矩矩形形，特特点点是是剩剩磁磁Br接近饱和值接近饱和值BS。BHO 当当矩矩磁磁材材料料在在不不同同方方向向的的外外磁磁场场磁磁化化后后，总总是是处处于于+B+Bs s和和- -B Bs s两两种种剩剩磁磁状状态态，可可作作电电子子计计算算机机的的“记记忆忆”元件。元件。
