西安电子科技大学：《大学物理》课程教学讲义（下）11-7 磁介质

11一7磁介质 第1节1 磁介质的分类 B。 B=B。+B B 一=4，：相对磁导率 41：顺磁质， 4>1,102~10甚至10：铁磁质，真空：4=1 第2节磁介质的磁化机理 一、分子固有磁矩 户分=∑万电轨+∑万n电自+∑万n 户分=0：抗磁性，户分≠0：顺磁性 二、顺磁性 Pm分≠0 Bo 分子电流 (a) (b), (d) 磁化电流（束缚电流），B=B。+B,B>B,4>1 卫分在外磁场中取向变化→顺磁效应 三、电子在外磁场中的附加磁矩 卫e F=mo2r,1= e 2 Pm电轨=1m2=0e 2e.3 1 m.e 2π 1、B∥Pm电轨 F。-Fm=mo2r,（r不变) m电轨 0 Pm电轨 附加磁矩△Dm电∥(-B,) n电

1 11—7 磁介质 第1节 磁介质的分类 B0 = +  B  B0  B  B 令 ：相对磁导率  r B B   0 r 1：抗磁质， r 1：顺磁质， r 1，10 2 ~ 10 3 甚至10 6 ：铁磁质，真空： 1 r 第 2 节 磁介质的磁化机理 一、分子固有磁矩 Pm分  Pm电轨 Pm电自 Pm核     Pm分  0 ：抗磁性， ：顺磁性  分  0 Pm  二、顺磁性 分  0 Pm  B0  分 Pm  Pm分  分子电流i I I B0  S I B  I (a) (b)， (c) (d) 磁化电流（束缚电流）， B = + ， ，  B0  B  B  B0 1 r Pm分 在外磁场中取向变化 顺磁效应   三、电子在外磁场中的附加磁矩 Pm电轨  Fe  m 2 r ， I e   2  2 2 2 2 1 2 P I r e r er m     电轨     Fe m,e 1、 // B0  Pm电轨  r I F F m r ，（ 不变） e m 2    r B0  Pm电轨    电轨  Pm Fe Fm  附加磁矩 电 // Pm   （ B0）   Pm电     

2、(-B。)∥D电软 m电轨 F。+Fnm=mo2r o个 △Pm Pm电轨个 附加磁矩△Pm电I(-B) B 结论：电子在外磁场中，附加磁矩△P电∥(-B,) 四、抗磁性 Pm分=0 △Pn电I(-B), Pm分 △Pn分=∑△P电(-B,) B (a (b), (c) (d) B=-B。+B,B<B。,4,<1 分子附加磁矩：抗磁效应 顺磁质：△P分<Pm分，抗磁效应被顺磁效应所掩盖 总结：P分在外磁场中取向变化→顺磁效应 分子附加磁矩△卫分→抗磁效应 户分≠0的磁介质，△卫分<户分，顺磁性 m分=0的磁介质，△P分，抗磁性 第3节 日的安培环路定律 B。=4onl, n B.di=Bab =to(nabl +isab), =uo(nl is)ab B=Mo(nl+is) B-4nl+i2=4 B。4onl Ho(nl+is)=Hounl,Bdi=gounlab nlab=∑1传，h4,=:磁导率 fE-i=空e,5aW-adi-∑e 2

2 2、( ) // B0   Pm电轨  Pm电轨  F F m r e m 2      电 Pm   Fm  电轨  Pm Fe 附加磁矩 电 // Pm   （ B0）   B0  结论：电子在外磁场中，附加磁矩 电 // Pm   （ B0）   四、抗磁性 分  0 Pm  电 // ， Pm   （ B0）   Pm分   i B0   分   电 // Pm Pm   （ B0）   I I B0  S I B  I (a) (b)， (c) (d) B = + ， ，  B0  B  B  B0 1 r 分子附加磁矩：抗磁效应 顺磁质： Pm分 Pm分 ，抗磁效应被顺磁效应所掩盖     总结： Pm分 在外磁场中取向变化 顺磁效应   分子附加磁矩 Pm分 抗磁效应    Pm分  0的磁介质， ，顺磁性  Pm分 Pm分     Pm分  0 的磁介质， ，抗磁性  Pm分   第 3 节 H 的安培环路定律  B nI ， 0  0 n S i B dl Bab L      = ( ) ， 0 nabI  iS ab r = 0 (nI  iS )ab ， ( ) 0 S B   nI  i I r S nI nI i B B       0 0 0 ( ) 0 (nI  iS )  0rnI ， =   L B dl   nI ab 0r   ， ：磁导率 L nI ab I传 0r   = ， =   L B dl    L  I传   L B dl   ( / )  L I传  a b d c

定义：磁场强度月=日B,真空：月= 404, 40 阳-2 户的安培环路定律 说明：(1)∮日·i仅与回路所围传导电流代数和有关 与磁化电流无关 但丑及B与所有电流及其分布有关 (2)Bdi=h∑1一开d=∑传 有磁介质时，后者应用更方便 例：铜导线R,1,外包一层 磁介质R,4, 己知：4铜≈6 求：i、B R 解：r尾，明i=Ha=1,H=,8=4H= 2m RR SI:i的单位：A/m 有磁介质时，磁高斯定理：B·d否=0，日否=以 B=i=44,i:各向同性均匀磁介质 第4节 铁磁质 一、磁化曲线 H=M、NM =nl 2π2πR (B、H)

3 定义：磁场强度 ，真空： r B B H  0      0 B H       的安培环路定律 L H dl    L I传 H  说明：（1）   仅与回路所围传导电流代数和有关 L H dl   与磁化电流无关 但 H 及 与所有电流及其分布有关  B  （2）     L L B dl I 0      L H dl    L I传 有磁介质时，后者应用更方便 例：铜导线 R1 ， I ，外包一层 磁介质 ， R2 r r I 已知：  铜  0 O 求： H 、  B  R1 R2 解：r  R1 ， 2 2 1 2 r R I H dl H r L          2 ， 2 R1 Ir H   2 1 0 0 2 R Ir B H      R1  r  R2 ， H dl H r I L     2   ，r I H 2  r I B H r r      2 0  0  r  R2 ， H dl H r I ， ， L     2   r I H 2  r I B H    2 0  0  H B R1 R2 r R1 R2 r SI： H 的单位：A/m  有磁介质时，磁高斯定理：    0 ， S B dS     0 S H dS   B H rH ：各向同性均匀磁介质       0 第 4 节 铁磁质 一、磁化曲线 nI R NI r NI H    2 2 N （ B 、 H ） I G r

起始磁化曲线 B I=0,H=0,B=0 B I个，H↑，B个 S:磁饱和状态 B=uH Moll,H 4S、B 不是常数 H HoH I↓，H↓，B↓ I=0,H=0 B≠0，B=B B,：剩磁 H=-H。,B=O Hc:矫顽力 磁滞现象 磁滞回线，B与H不是线性的，也不是单值的 磁滞损耗（铁损)∝磁滞回线面积 B H 瘦长形 粗胖形 软磁材料 硬磁材料 损耗小，B,、Hc小 损耗大，B,、Hc大 变压器、电机的铁芯 永久磁铁、记录磁带 硅钢片，纯铁 Cr-Co-Ni合金 二、磁畴 线度约为10·m的小区域，小区域中所有电子的自旋磁矩 “自发地”朝着同一个方向排列：磁畴 无外磁场时，磁畴的取向是无规则的 在外磁场中，磁畴的体积及取向将发生变化 磁矩与外磁场方向相近的磁畴体积个 磁矩与外磁场方向偏离较大的磁畴体积↓ 磁畴尽可能转向外磁场方向排列 搀杂、内应力等因素，磁畴之间存在“摩擦” 磁畴体积变化及转动是不可逆的→剩磁、磁滞现象 H>H、,所有磁畴都朝着外磁场方向排列（磁饱和） 特征温度T。,T>T。，铁磁性消失→普通的顺磁质 Tc:居里点

4 起始磁化曲线 B I  0 ， H  0， B  0 BS S I ， H ， B  S ：磁饱和状态 B  H  0rH ：不是常数 H B r 0   O HS H I ， H ， B  B I  0 ， H  0 S B  0， B  Br Br R ：剩磁 Br C C H ， H  HC B  0  HC O HC ：矫顽力 HC R  Br 磁滞现象 S 磁滞回线， B 与 H 不是线性的，也不是单值的 磁滞损耗（铁损） 磁滞回线面积 B B H H 瘦长形 粗胖形 软磁材料 硬磁材料 损耗小， Br 、 HC 小 损耗大， Br 、 HC 大 变压器、电机的铁芯 永久磁铁、记录磁带 硅钢片，纯铁 Cr-Co-Ni 合金 二、磁畴 线度约为10 4 m的小区域，小区域中所有电子的自旋磁矩 “自发地”朝着同一个方向排列：磁畴 无外磁场时，磁畴的取向是无规则的 在外磁场中，磁畴的体积及取向将发生变化 磁矩与外磁场方向相近的磁畴体积 磁矩与外磁场方向偏离较大的磁畴体积 磁畴尽可能转向外磁场方向排列 搀杂、内应力等因素，磁畴之间存在“摩擦” 磁畴体积变化及转动是不可逆的剩磁、磁滞现象 H  HS ，所有磁畴都朝着外磁场方向排列（磁饱和） 特征温度TC ，T  TC ，铁磁性消失普通的顺磁质 TC ：居里点 P A