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* 第十四章 恒定磁场中的磁介质 §14.1 磁介质的磁化 一.磁介质的分类 磁介质 顺磁质 抗磁质 弱磁性物质 (大部分) 强磁性物质(铁磁质) 在外界磁场作用下产生磁性，并对原磁场产生影响的物质称为磁介质。物质产生磁性的过程称为磁化。各类物质都为磁介质. 磁介质中磁场 二.磁介质的微观机制 1.顺磁质 电子磁矩 轨道磁矩 自旋磁矩 分子中所有电子的磁矩之和等效于一个圆电流, 称为分子(固有)磁矩 分子磁矩: I 分子电流 由于热运动，对外也不显磁性 2.抗磁质 磁化 分子受到的磁力矩: 磁力矩的作用,使分子磁矩转向外磁场,宏观上产生附加磁场 排列越整齐 分子热运动激烈,排列不整齐 抗磁质分子的固有磁矩为零 电子轨道磁矩（无外磁场情况下）? 电子以：v, r 运动一周的时间： 分子中各原子仍有磁矩（电子的轨道磁矩和自旋磁矩）。 原子中电子绕原子核运动: 由于外磁场对介质中做轨道运动的电子作用洛伦兹力,使轨道磁矩改变,→使磁场减小 电子受到的合力: 电子受到的合力: 抗磁质磁化结果使介质内部的磁场削弱. 所有介质均具有抗磁性 顺磁质在外场的作用下也会产生反向的附加磁矩，但由于它要比固有磁矩小到5个数量级以上，故可忽略。 小结 原子\分子表现为顺磁性 原子\分子表现为抗磁性 三.磁化强度及其与磁化电流的关系 1.磁化强度矢量 定义 在SI中: 安培/米2(A/m) 无限长螺线管,内充均匀磁介质,并均匀磁化 顺 磁 质 在磁介质内部分子电流效应互相抵消： ∵相邻的分子环流的方向相反 在磁介质表面处各点：分子环流未被抵消. 形成沿表面流动的面电流, 这种因磁化而出现的宏观等效电流 ——磁化电流（或束缚电流） 2.磁化强度与磁化电流的关系 1.与传导电流不同,并没有带电粒子的宏观移动 2.∵均匀磁化,在磁介质表面形成磁化电流为磁化面电流，内部为0。 通过介质表面单位长度上的磁化面电流(磁化面电流线密度) l 磁化电流总磁矩: 磁介质表面外法线方向 S l dl ?S 在介质中取一个曲面积S,周界长为l的闭合曲面,看穿过l的磁化电流? 分子圆电流平均面积 分子数密度:n 每个分子的电流:I 则:穿过?Sdl的磁化电流: 分子磁矩: 穿过以l边周界的曲面S的磁化电流: 其中: 磁化强度矢量沿任意闭合回路的积分，等于穿过此回路的磁化电流 I’的代数和 普遍关系 §14.2 有磁介质时磁场的基本规律 一.磁介质中的安培环路定理 令: --磁场强度 --磁介质中的安培环路定理 传过回路的传导电流也等于电流密度对以闭合回路与l为周界的任意曲面积分 实验得出:在各向同性磁介质中 令: 介质的磁化率 无量纲 令: --介质中的相对磁导率 --介质中的磁导率 *记住 讨论 真空中 顺磁质中 抗磁质中 铁磁质中 二.有磁介质时的毕奥-萨伐尔定律 三.有磁介质时的高斯定理 真空中 磁介质中 电介质中的高斯定理 磁介质中的安培环路定理 ? 之间的关系： ? 之间的关系 称为相对磁导率 磁导率 称为相对电容率 电容率 例1]半径为R,截面为S的圆环上密绕有N匝线圈,线圈中电流为I,磁通量Φm,求圆环的相对磁导率μr. 例2]有两个半径分别为r和R的无限长同轴圆筒形导体, 在它们之间充分以相对磁导率μr的磁介质,当两圆筒有相反的电流I时,试(1)求磁介质中任意点P的磁感强度B的大小;(2)圆柱体外面一点的磁感强度. I I §14.3 铁磁质 主要特征： 在外场中，铁磁质可使原磁场大大增强。 撤去外磁场后，铁磁质仍能保留部分磁性。 铁、钴、镍等物质----铁磁质 宏观磁化现象 — 磁滞回线 一.磁化曲线 顺磁质: μ很小 B H 0 5 10 15 20 磁强计 A 测量H 电阻 换 向 开 关 电流表 螺绕环 铁环 狭缝 测量磁滞回线的实验装置 用实验方法测量铁磁质的磁化曲线: B-H曲线和M-H曲线 从磁强计中可以测得B 根据电流的测量, 由公式 得到H 铁磁质的起始磁化曲线(B—H线) 1 2 3 4 分析: 初始: H=0 B=0 0→1阶段: B↑ 1→2阶段: B↑↑ 2→3阶段: B↑缓慢 3→4阶段: B基本不变 BS-----饱和磁感强度 铁磁质的μr—H曲线 随H↑→μr过了极值后,随H↑→ μr ↓ 铸铁: 硅钢 二.磁滞回线 剩磁 矫顽力 饱和磁感强度 H↓→B↓慢,到 I=0 H=0时 B≠0 此时的B为剩余磁感强度 I↓ → H↓→B↓材料被逐渐退磁 H=Hc时 B=0,bc曲线----退磁曲线 -I↑ → -H↑→反向磁化达到饱和→M/点 四.铁磁质的分类与应用 1.软磁材料(硅钢) 在反复磁化中，要克服摩擦力做功，有能量的