教案第十二章磁介质 第十二章磁介质Magnetic Body §1磁介质、磁化强度Magnetic Body,Magnetization 1.磁介质： 顺磁质(B>瓦。入、抗磁质(BB。) 1)抗磁性 抗磁性是由于分子或原子内部的电子轨道运动在外场的作用下进动的结果，抗磁性 存在于一切磁介质当中。 在外磁场作用下，电子除绕原子核运动和自旋外，还要以外场方向为轴转动，称为 电子的进动，不论电子的原来运动情况如何，如果面对着B。的方向来看，进动的转向（电 子动量P绕B,转动的方向)总是反时针的，电子的进动相当于一个圆电流，因电子带负 电，其产生的附加磁矩△P的方向永远与B。反向，这即是抗磁性的机制。如下图。 图1在外磁场中电子的进动和附加磁场 2)顺磁性 分子磁矩△P,在分子中运动电子对外磁效应的总和可以用一个等效的圆电流表示， 称为分子电流，其磁矩称为分子磁矩下。 对于顺磁性物质，因为其每个分子具有一不定期的固有磁矩，当在外磁场作用时， 各分子磁矩受到磁力矩的作用，固有磁矩将力图转动外场方向来，这样，其产生的B与 外场B。方向相同，B=B。+B,这即是顺磁性的机制。 201
教案 第十二章 磁介质 201 第十二章 磁介质 Magnetic Body §1 磁介质、磁化强度 Magnetic Body，Magnetization 1．磁介质： 顺磁质（ B B0 ）、抗磁质（ B B0 ）、铁磁质（ B B0 ） 1） 抗磁性 抗磁性是由于分子或原子内部的电子轨道运动在外场的作用下进动的结果，抗磁性 存在于一切磁介质当中。 在外磁场作用下，电子除绕原子核运动和自旋外，还要以外场方向为轴转动，称为 电子的进动，不论电子的原来运动情况如何，如果面对着 B0 的方向来看，进动的转向（电 子动量 P 绕 B0 转动的方向）总是反时针的，电子的进动相当于一个圆电流，因电子带负 电，其产生的附加磁矩 Pm 的方向永远与 B0 反向，这即是抗磁性的机制。如下图。 2） 顺磁性 分子磁矩 P ，在分子中运动电子对外磁效应的总和可以用一个等效的圆电流表示， 称为分子电流，其磁矩称为分子磁矩 Pm 。 对于顺磁性物质，因为其每个分子具有一不定期的固有磁矩，当在外磁场作用时， 各分子磁矩受到磁力矩的作用，固有磁矩将力图转动外场方向来，这样，其产生的 B 与 外场 B0 方向相同， B = B + B 0 ，这即是顺磁性的机制。 i pm p Pm B0 e pm p Pm B0 图 1 在外磁场中电子的进动和附加磁场
教案第十二章磁食质 当分子的固有磁矩为零时，物质 显示为抗磁性，当分子的固有磁 G-G- 矩不为零时，因为P>△P,(固 有磁矩远大于附加磁矩)，虽然 →B 有抗磁性存在，但其作用太小， 在外场作用下顺磁质的磁化 因而显示为顺磁性，所以说，抗 磁性存在于一切磁介质中。 2.磁化强度 定义：单位体积内分子磁矩的总和，即： 一票：元为分千继矩 单位：安培·米，代号安·米(A·m) §2磁场强度、介质中的安培环路定律Magnetic Field Intensity, Ampere Circutal Theorem of Magnetic body 下面应用安培环路定律研究绕有长螺线管的介质中的 B,取回路ABCD有： fB-di-"B-di=Mla (1) I。=!+L,:1,为分子电流元引起的穿过闭合回路的分布电 流。 设分子园电流的半径为a,则对闭合回路有贡献的 分子电流，只有在体积V=L中的，如1无贡献， 3即穿入又穿出，则：J,=nLi:其中n为介 质中单位体积的磁矩数， 3 :M=nm'i 则1，=n2Li=LM=∫M.dl=fMdl:(M∥AB) 202
教案 第十二章 磁介质 202 当分子的固有磁矩为零时，物质 显示为抗磁性，当分子的固有磁 矩不为零时，因为 Pm >> Pm （固 有磁矩远大于附加磁矩），虽然 有抗磁性存在，但其作用太小， 因而显示为顺磁性，所以说，抗 磁性存在于一切磁介质中。 2．磁化强度 定义：单位体积内分子磁矩的总和，即： V P M m = ； Pm 为分子磁矩 单位：安培·米-1，代号安·米-1（A·m-1） §2 磁场强度、介质中的安培环路定律 Magnetic Field Intensity， Ampere Circutal Theorem of Magnetic body 下面应用安培环路定律研究绕有长螺线管的介质中的 B ，取回路 ABCD 有： B dl B dl I总 B A = 0 = （1） s I总 = I + I ；Is 为分子电流元引起的穿过闭合回路的分布电 流。 设分子园电流的半径为 a，则对闭合回路有贡献的 分子电流，只有在体积 V a L 2 = 中的，如 1 无贡献， 3 即穿入又穿出，则： I n a L i s = 2 ；其中 n 为介 质中单位体积的磁矩数。 m m nP V P M = = ； P a i m 2 = M n a i 2 = 则 = = = = l B A s I n a L i LM M dl M dl 2 ； (M // AB) B0 B 在外场作用下顺磁质的磁化 I L C D A B C A D B a 3 2 1
教案第十二章磁介质 (1)式可写为：fBdi=4,(②+1，)=41+fMd) 政写为：2-=以 2) 记月=B-M为磁场强度，单位与M相同。 有：fi.di==[7ds(3) (3)式即为磁介质中的安培环路定律，它说明：磁场强度沿任何回路的线积分，等于通 过该回路的电流之和。 根据实验可知：M=x户(4) m为介质的磁化率，xm>0为顺磁质，xm<0为抗磁质。 月=E-M=豆-x月→B=40+x)i=么4用=质 4 4 4,=1+x为相对磁导率，“=o4,为磁导率。 在介质中，毕萨定律形式为： 经和n女 (4) 4πr3 说明：户与D一样，是引进的一个物理量。 例：如图，求无限长同轴圆柱体问P和外面Q点的磁感强度。 解：对介质中的P点，作如图所示回路有： fH.dI=I(先分析B及H的方向) 即：H2m。=1 B==%4,2m 对介质外的Q点，作回路2：有 5i,dI=0→H=0B=0
教案 第十二章 磁介质 203 （1）式可写为： ( ) Bdl = I + I = I + M dl s 0 0 ( ) 改写为： M dl I B = − 0 （2） 记 M B H = − 0 为磁场强度，单位与 M 相同。 有： = = s H dl I j ds （3） （3）式即为磁介质中的安培环路定律，它说明：磁场强度沿任何回路的线积分，等于通 过该回路的电流之和。 根据实验可知： M xmH = （4） xm 为介质的磁化率，xm>0 为顺磁质，xm<0 为抗磁质。 x H B x H H H B M B H m m r = − = − = 0 + = 0 = 0 0 (1 ) r m =1+ x 为相对磁导率， = 0 r 为磁导率。 在介质中，毕-萨定律形式为： 3 0 4 r Idl r dB r = 和 3 4 1 r Idl r dH = （4） 说明： H 与 D 一样，是引进的一个物理量。 例：如图，求无限长同轴圆柱体问 P 和外面 Q 点的磁感强度。 解：对介质中的 P 点，作如图所示回路有： H dl = I （先分析 B 及 H 的方向） 即： H r I 2 p = p r I H 2 = p r r I B H 2 0 = = 对介质外的 Q 点，作回路 2：有 = 0 = 0 = 0 H dl H B R I I Q P r
教案第十二章磁介质 §3铁磁质Ferromagnetic Substance 1.磁畴： 在铁磁质内部，原子问相互作用是非常强烈的，内部形成一些小区域，叫做磁畴，在磁 畴中，原子的磁矩排列的很整齐，因此它具有很强的磁性，称为自发磁化，当加上外场 时，各磁畴中的磁矩沿外场取向，显示出很强的磁性，其形状如下图。 无外磁场对外不显磁性 有外磁场对外显强磁性 根据实验观察，磁畴的体积约为1012m3,其中含有102~105个原子。 2.磁化曲线： 对顺磁质（抗磁质），μ为常数，B与H是线性关系， 其磁化曲线为直线：B=M您0：号=“ 但对铁磁质，其线性关系即不存在了，下图为铁磁 质的磁化曲线，也叫初始磁化曲线。 0-1:B随H逐渐增大，到达1后，B迅速增大，这是因 为磁畴沿我场方向迅速排列的缘故，到达2以后，B增 加的缓慢了，而到达4点后，增加H时，B几 乎不变了。Bx叫饱和磁感强度，这说明，此 时几乎所有磁畴都已趋于外场方向了。 由实验知，铁磁质的磁化和温度有关，磁化能 力与温度升高而减小，当达到某一温度时，铁 磁质就近化为顺磁质，这个温度叫居里温度或 居里点，这是因为，剧烈的分子热运动破坏了 磁畴。 3.磁滞回线 Br为剩余磁感强度，称为剩磁（即H0时，B=Br),Hc为矫顽力(B-0时，H=Hc) 204
教案 第十二章 磁介质 204 §3 铁磁质 Ferromagnetic Substance 1．磁畴： 在铁磁质内部，原子问相互作用是非常强烈的，内部形成一些小区域，叫做磁畴，在磁 畴中，原子的磁矩排列的很整齐，因此它具有很强的磁性，称为自发磁化，当加上外场 时，各磁畴中的磁矩沿外场取向，显示出很强的磁性，其形状如下图。 根据实验观察，磁畴的体积约为 10-12m3，其中含有 1012～1015 个原子。 2．磁化曲线： 对顺磁质（抗磁质），为常数，B 与 H 是线性关系， 其磁化曲线为直线： B H = = = H B tg 但对铁磁质，其线性关系即不存在了，下图为铁磁 质的磁化曲线，也叫初始磁化曲线。 0-1：B 随 H 逐渐增大，到达 1 后，B 迅速增大，这是因 为磁畴沿我场方向迅速排列的缘故，到达 2 以后，B 增 加的缓慢了，而到达 4 点后，增加 H 时，B 几 乎不变了。max 叫饱和磁感强度，这说明，此 时几乎所有磁畴都已趋于外场方向了。 由实验知，铁磁质的磁化和温度有关，磁化能 力与温度升高而减小，当达到某一温度时，铁 磁质就近化为顺磁质，这个温度叫居里温度或 居里点，这是因为，剧烈的分子热运动破坏了 磁畴。 3．磁滞回线 Br 为剩余磁感强度，称为剩磁（即 H=0 时，B=Br），Hc 为矫顽力（B=0 时，H=Hc） 无外磁场对外不显磁性 有外磁场对外显强磁性 H B B=f(H) O B O H 1 2 3 4 Bmax
教案第十二章磁介质 代表铁样质抵抗去磁的能力。 磁滞现象是铁磁质的一个重要特性。 如右图所示，当磁场从Hm开始减小时， B B并不沿起始曲线0a减小，而是沿另一 条曲线ab缓慢地减小，这种B的变化落 后于H的变化现象叫做磁滞现象。由于 磁滞的原因，当磁场强度H减小到0时， B仍有一定的数值B,Br称为剩余磁感 强度，简称剩磁。当反向磁场增加到 HHc时，B等于0，这时铁磁质的剩磁消失了，Hc称为矫顽力。表示铁磁质抵抗去磁 的能力。当反向磁场继续增加到Hm时，材料反向磁化同样达到饱和点a',此后，反向 磁场逐渐减弱到零，B-H曲线便沿ab变化：正向磁场增加时，B-H曲线沿ba变化，形 成一个闭合曲线，从而完成一个循环，这个闭合曲线称为磁滞回线。 铁磁质在交变电场中被反复磁化时，磁滞效应是损耗能量的，所损耗的能量与磁滞 回线所包围的面积成正比。 4.磁屏蔽 在两种介质的交界面上，磁感应强度B经折射发生变化，即发生磁感线(B线)折 射，从而可能发生磁屏蔽，如图为A为一个磁导率很大的软磁材料做的罩，由于A的μ 比μ0大得多，所以绝大部分磁感线从罩壳中通过，而罩内空腔中的磁感线是很少的，从 而达到了磁屏蔽的目的，值得说的是：磁屏蔽不能像静电屏蔽那样，使得内腔中没有电 场：在磁屏蔽中，内腔中还是存在很弱的磁场
教案 第十二章 磁介质 205 代表铁样质抵抗去磁的能力。 磁滞现象是铁磁质的一个重要特性。 如右图所示，当磁场从 Hm 开始减小时， B 并不沿起始曲线 0a 减小，而是沿另一 条曲线 ab 缓慢地减小，这种 B 的变化落 后于 H 的变化现象叫做磁滞现象。由于 磁滞的原因，当磁场强度 H 减小到 0 时， B 仍有一定的数值 Br，Br 称为剩余磁感 强度，简称剩磁。当反向磁场增加到 H=-Hc 时，B 等于 0，这时铁磁质的剩磁消失了，Hc 称为矫顽力。表示铁磁质抵抗去磁 的能力。当反向磁场继续增加到-Hm 时，材料反向磁化同样达到饱和点 a，此后，反向 磁场逐渐减弱到零，B-H 曲线便沿 ab变化；正向磁场增加时，B-H 曲线沿 ba 变化，形 成一个闭合曲线，从而完成一个循环，这个闭合曲线称为磁滞回线。 铁磁质在交变电场中被反复磁化时，磁滞效应是损耗能量的，所损耗的能量与磁滞 回线所包围的面积成正比。 4．磁屏蔽 在两种介质的交界面上，磁感应强度 B 经折射发生变化，即发生磁感线（B 线）折 射，从而可能发生磁屏蔽，如图为 A 为一个磁导率很大的软磁材料做的罩，由于 A 的 比0 大得多，所以绝大部分磁感线从罩壳中通过，而罩内空腔中的磁感线是很少的，从 而达到了磁屏蔽的目的，值得说的是：磁屏蔽不能像静电屏蔽那样，使得内腔中没有电 场；在磁屏蔽中，内腔中还是存在很弱的磁场。 H B Bm Br Hc O Hm a b a b B A