第12章磁.ppt

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1、12-112-1磁介质磁介质 顺磁质和抗磁质的磁化顺磁质和抗磁质的磁化1.1.磁介质磁介质磁磁 化：化：磁场对磁场中的物质的作用称为磁化。磁场对磁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。BBB0总磁总磁感强感强度度附加磁附加磁感强度感强度外加外加磁感磁感强度强度 磁化后磁化后介质内部的介质内部的磁场与附加磁场与附加磁场和外磁磁场和外磁场的关系：场的关系：BBB0抗磁质抗磁质(铜、铋、硫、氢、银等铜、铋、硫、氢、银等)0BB 铁磁质铁磁质(铁、钴、镍等铁、钴、镍等)0BB 顺磁质顺磁质(锰、铬、铂、氧、氮等锰、铬、铂、氧、

2、氮等)0BB 0BBr定义定义在介质均匀充满在介质均匀充满磁场的情况下磁场的情况下相对磁导率r顺磁质1抗磁质1铁磁质1磁介质的分类磁介质的分类磁磁 介介 质质2.2.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，分子或原子中各个电子对外界所产生磁效应的总和，可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。用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。mp 电子的进动：电子的进动：在外

3、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，由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转由于分子或原子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子除了保持环绕原子核的运动和动，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，称为电子的进动。方向为轴线的转动，称为电子的进动。0Bmp0BmpeL进动mp0Bmpe进动L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

4、附加磁矩，用符号磁矩，用符号 表示。表示。mp分子电流和分子磁矩分子电流和分子磁矩 可以证明：可以证明：不论电子原来的磁矩与磁场方向之不论电子原来的磁矩与磁场方向之间的夹角是何值，在外磁场间的夹角是何值，在外磁场 中，电子角动量中，电子角动量 进进动的转向总是和动的转向总是和 磁力矩磁力矩 的方向构成右手螺旋关系。的方向构成右手螺旋关系。这种等效圆电流的磁矩的方向永远与这种等效圆电流的磁矩的方向永远与 B0 的方向相反。的方向相反。0BL0BM3.3.抗磁质的磁化抗磁质的磁化 抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积抗磁材料在外磁场的作用下，磁体内任意体积元中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和元

5、中大量分子或原子的附加磁矩的矢量和 有一有一定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相定的量值，结果在磁体内激发一个和外磁场方向相反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。它是一切磁反的附加磁场，这就是抗磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质介质所共有的性质。mp4.4.顺磁质的磁化顺磁质的磁化 在顺磁体内任意取一体积元在顺磁体内任意取一体积元 ，其中各分子磁，其中各分子磁矩的矢量和矩的矢量和 将有一定的量值，因而在宏观上呈将有一定的量值，因而在宏观上呈现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性现出一个与外磁场同向的附加磁场，这就是顺磁性的起源。它是一切磁介质所共有的性质的起源。它是一切磁介质所共

6、有的性质。mpV1.1.磁化强度磁化强度反映磁介质磁化程度反映磁介质磁化程度(大小与方向大小与方向)的物理量。的物理量。均匀磁化均匀磁化非均匀磁化非均匀磁化VppMmmVpPMmmV0lim12-2 磁化强度磁化强度 磁化电流磁化电流 磁化强度：磁化强度：单位体积内所有分子固有磁矩的单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和矢量和 加上附加磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和 ，称为磁，称为磁化强度，用化强度，用 表示。表示。Mmpmp磁化强度的单位：磁化强度的单位：mA/注意：注意：对顺磁质，对顺磁质，可以忽略；可以忽略；对抗磁质对抗磁质 ，对于真空，对于真空，。mp0mp0M外磁场为零，磁化强度为零。

7、外磁场为零，磁化强度为零。外磁场不为零外磁场不为零:顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质同向、0BM反向、0BM磁化强度磁化强度2.2.磁化电流磁化电流0B 对于各向同性的均匀介质，介质内部各分子电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，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，称为线管，称为磁化面电流（或安培表面电流）磁化面电流（或安培表面电流）。lIssSlSIPssmVpMmssSlSlMABCDlsII 设介质表面沿轴线方向单位长度上的磁化电设介质表面沿轴

8、线方向单位长度上的磁化电流为流为 （面磁化电流密度），则长为（面磁化电流密度），则长为l 的一段介的一段介质上的磁化电流强度质上的磁化电流强度I IS S为为s磁化电流磁化电流 取一长方形闭合回路取一长方形闭合回路ABCD，AB边在磁介质边在磁介质内部，平行与柱体轴线，长度为内部，平行与柱体轴线，长度为l，而，而BC、AD两两边则垂直于柱面。边则垂直于柱面。BAlMlMddABM MlsMssIllMd 磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路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。所包围的面积内的总磁化电流。MABCDlsII磁化电流磁化电流12-3 磁介质中的磁场磁

9、介质中的磁场 磁场强度磁场强度内）（LLIlB000d无磁介质时无磁介质时有磁介质时有磁介质时)(d0sIIlBlMIsd)d(d0lMIlBIlMBd)(0或定义定义 为为磁场强度磁场强度MBH0IlHd则 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，有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是位制中是A/m.IlMBd)(0 磁介质中的安培环路定理：磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任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

10、化电流无关。流的代数和，而与磁化电流无关。有磁介质时的安培环路定理磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理MBH0MHB00 实验证明：对于各向同性的介质，在磁介质实验证明：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。中任意一点磁化强度和磁场强度成正比。HMm 式中式中 只与磁介质的性质有关，称为磁介质只与磁介质的性质有关，称为磁介质的的磁化率磁化率，是一个纯数。如果磁介质是均匀的，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。间位置的函数。m顺磁质0m抗磁质0m磁场强度磁场强度EPe0

11、对比：MHB00HMmmr1令HBm)1(0HHBr0相对磁导率磁导率 值得注意：值得注意：为研究介质中的磁场提供方便而为研究介质中的磁场提供方便而不是反映磁场性质的基本物理量，不是反映磁场性质的基本物理量，B B 才是反映磁场才是反映磁场性质的基本物理量。性质的基本物理量。HB磁场强度磁场强度EEDr0对比：对比：例例12-2 12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介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质，已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 ，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的

12、相对磁导率和磁导率分别为磁导率和磁导率分别为 和和 。求环内的磁场强度和。求环内的磁场强度和磁感应强度。磁感应强度。InrrNIlHd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 的圆形回路。的圆形回路。r 式中式中 为螺绕环上线圈为螺绕环上线圈的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。N磁介质中的安培环路定理的应用磁介质中的安培环路定理的应用NIlHd解：解：NIrH2nIrNIH2当环内是真空时当环内是真空时HB00当环内

13、充满均匀介质时当环内充满均匀介质时HHBr0rBB0r磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 例例12-2 12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介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质，已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 ，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对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磁导率分别为磁导率和磁导率分别为 和和 。求环内的磁场强度和。求环内的磁场强度和磁感应强度。磁感应强度。Inr 例例12-3 如图所示，一半径为如图所示，一半径为R1的无限长圆柱体的无限长圆柱体（导体（导体

14、 0）中均匀地通有电流）中均匀地通有电流I，在它外面有半径，在它外面有半径为为R2的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为的无限长同轴圆柱面，两者之间充满着磁导率为 的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流的均匀磁介质，在圆柱面上通有相反方向的电流I。试。试求（求（1）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（）圆柱体外圆柱面内一点的磁场；（2）圆柱体）圆柱体内一点磁场；（内一点磁场；（3）圆柱面外一点的磁场。）圆柱面外一点的磁场。解解（1）当两个无限长的同轴圆柱）当两个无限长的同轴圆柱体和圆柱面中有电流通过时，它们体和圆柱面中有电流通过时，它们所激发的磁场是轴对称分布的，而所激发的磁场是轴对称分布的

15、，而磁介质亦呈轴对称分布，因而不会磁介质亦呈轴对称分布，因而不会改变场的这种对称分布。设圆柱体改变场的这种对称分布。设圆柱体外圆柱面内一点到轴的垂直距离是外圆柱面内一点到轴的垂直距离是r1，以，以r1为半径作一圆，取此圆为积为半径作一圆，取此圆为积分回路，根据安培环路定理有分回路，根据安培环路定理有IIIR1R2r2r1r3磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理YINYONGYINYONG12 rIHB1202dd1rIHIlHlHr（2）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是）设在圆柱体内一点到轴的垂直距离是r2，则，则以以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有为半径作一圆，根据安培环路定理有

16、2222220121222ddRrIRrIrHlHlHr2212RrI 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，由此得磁介质中的安培环路定理的应用磁介质中的安培环路定理的应用由由B H，得，得2212 RIrH22012RIrB （3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是是r3，以，以r3为半径作一圆，根据安培环路定理为半径作一圆，根据安培环路定理,考考虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得虑到环路中所包围的电流的代数和为零，所以得0dd320rlHlH0H0B即即或或磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理与弱磁质相比，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)在外磁场的作用下能产生很在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。强的附加磁场。(2)(2)外磁场停止作用后，仍能保外磁场停止作用后，仍能保持其磁化状态。持其磁化状态。(4)(4)具有临界温度具有临界温度Tc。在。在Tc以上，铁磁性完全消失以上，铁磁性完全消失而成为顺磁质，而成为顺磁质，Tc称为居里温度或居里点。不同称为居里温度或居里点