大学物理磁介质中的磁场.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,r,称磁介质的,相对磁导率,(relative permeability),只与磁介质的种类有关。,=,抗磁质,汞、铜等,(diamagnetic material),顺磁质,氧、铝等,(paramagnetic material),铁磁质,(ferromagnetic material),实验发现,1,10,-5,10,3,一、介质对磁场的影响,I,I,8.6磁介质,(Magnetic materials),当电流周围有物质存在时，磁场会使物质,磁化,(magnetizing),，这样磁化了的物质形成一附加磁场，影响原来的磁场。,磁介质,磁化,磁化电流,附加磁场,B,总磁场,B,二、物质的磁化（顺磁质、抗磁质）,1,、磁介质的分子磁矩及分子电流,环绕原子核的电子高速旋转；,电子自身要自旋。,分子电流,与分子磁矩相应的等效圆电流；又称为,束缚电流。,(molecular current or bound current),分子磁矩,分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的,矢量和,；又称为,固有磁矩,(natural magnetic moment),相当于一个圆电流,相应的磁矩：,S,2,、两类磁介质,抗磁质：,每个分子的固有磁矩为零。,不论何种介质，在无外场时，对外不显磁性。,顺磁质：,每个分子的固有磁矩不为零；,3,、磁介质的磁化,(Magnetization,of material),顺磁质,磁化：在外磁场中分子电流要受磁场力矩作用使分子磁矩尽量转向外磁场方向,顺磁性,磁介质放入外磁场后，磁介质将发生变化,抗磁性存在于一切磁介质中，但很弱,L,抗磁质,磁化：分子中电子轨道在外磁场中会产生进动，从而产生附加磁场，而附加磁场的方向总与外加磁场方向相反,抗磁性,做圆运动的电子处在磁场中，有拉摩进动。,电子的拉摩进动,(Lamor procession of electron),以电子的轨道运动为例,轨道运动形成圆电流产生的磁矩：,轨道运动角动量：,两式比较，可得：,电子的拉摩进动而产生的附加磁矩说明：（以下两页）,-e,I,-e,电子的轨道运动磁矩在外磁场作用下，,产生的磁力矩为：,具有角动量的物体在力矩的作用下就要发生,进动,。这一进动也等效为一种圆电流，这种圆电流的磁矩方向总是与外磁场方向相反。,所以电子在做轨道运动的同时又绕外磁场做,进动，这称作,拉摩进动,。拉摩进动产生一附,加磁矩 ，与外磁场 方向相反。,-e,顺磁质分子的固有磁矩是产生顺磁效应的主要因素。,顺磁质,在外磁场中分子在力矩作用下向外磁场方向转动的趋势大于抗磁性，可将抗磁性略去。,抗磁质,由于分子磁矩为零只有抗磁性。,抗磁质分子附加磁矩的出现是产生磁效应的原因。,4.,磁化电流（分子电流或束缚电流）,均匀磁场,螺线管截面,由于分子磁矩的取向一致，,考虑到它们相对应的分子,电流如图，长直螺线管内,部充满均匀的各向同性介,质，将被均匀磁化,定义,单位体积内分子磁矩的矢量和,-,介质的磁化强度：,抗磁质,顺磁质,三、磁化强度,(Magnetization,),单位,磁场规律,四、有磁介质存在时的磁场,(,磁场强度,H,的环路定理）,有磁介质时的恒定磁场：,自由电流,I,o,(Conduction current),共同作用产生,磁化电流,I,(Magnetization current),可证明,H,的环路定理,单位,磁场强度,(magnetic field intensity),定义：,有磁介质时的安培环路定理,；它表明磁场强度沿闭合环路,L,的环流等于正向通过以,L,为边界的曲面的,传导电流,。,各向同性磁介质,(isotropic magnetic material),各向同性磁介质,H,的环路定理,相对磁导率,磁导率,磁化率,(magnetic susceptibility),H,的一般定义式,考虑到,各向同性磁介质：,提示：,H,的环流与磁化电流无关，,H,一般与磁化电流有关。,顺磁质,抗磁质,铁磁质,小于,1,总结：,磁导率,磁化率,相对磁导率,解,：因传导电流及磁化电流都具有轴对称性。,例,1,一无限长载流磁介质，半径为,R,，相对磁导率为 ，通以电流,I,，周围充满磁导率为 的均匀磁介质（顺磁质,),；,求：的分布。,在圆柱内作半径为,r,的安培环路：,在圆柱外作半径为,r,的安培环路：,方向：沿,L,的切向。,8.7,铁磁质,(Ferromagnetic material),一、基本特点,1,、,2,、,有关；,B,与,H,非线性，非单值；,3,、磁滞,(hysteresis),和剩磁效应,(remaining,magnetization),；,5,、超过居里温度,(Curie temperature),变为顺磁质；,4,、有饱和状态,(saturation state),；,1.,磁化曲线,(magnetization curve),二、磁化曲线与磁滞回线,(Magnetization curve and Hysteresis loops),由实验测量不同材料时的,B,。,作,B,H,曲线。,铁磁质,顺磁质,抗磁质,顺磁质,抗磁质,铁磁质,H,B,O,H,r,O,1,I,force),2.,磁滞回线,(Hysteresis loops),和材料的磁性,磁滞回线所围的面积与磁化能量成正比。,O,H,B,O,H,B,a,b,f,e,d,c,B,r,-,B,r,磁滞回线,软磁材料,（矫顽力较小）,纯铁、硅钢等,),(,变压器、电机中的铁芯,),硬磁材料,（矫顽力较大）,(,碳钢、钨钢等,),(,永久磁铁,),矩磁材料,(,锰锌铁氧体,),(,计算机中记忆材料,),O,B,三、磁畴,(magnetic domains),和铁磁质的磁化机制,铁磁质的磁性主要来源于电子的自旋磁矩。,铁磁质是由一些自发磁化的区域,-,磁畴构成。,撤除外磁场后，铁磁质将重新分裂为许多磁畴，但并不恢复磁化前的状态，所以存在剩磁性。,无外磁场时,：,H,小,H,增加,H,剧增,H,大,有外磁场且逐渐增加时,：,导 体 半导体 绝缘体,铁磁质 顺磁质 抗磁质,有静电屏蔽,电介质：极化,辅助量,辅助量,I,0,Q,0,一般无磁屏蔽,磁介质：磁化,比 较,基本场量,有电荷,基本场量,无磁荷,稳恒磁 场 静电场,无源,有源,有旋,无旋,