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第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 * 第13章 稳恒电流的磁场 磁介质中的磁场 第5篇 电磁学(磁学4) （Magnetic Field in Magnetic Medium） §13.5 磁介质中的磁场 物质的磁性来源于分子电流。分子电流等效一个圆电流，产生分子电流磁矩，简称“分子磁矩”。 分子磁矩 1、磁介质的磁化 - 分子磁矩包含轨道磁矩和自旋磁矩。 在外磁场 作用下，分子磁矩沿外磁场方向取向，产生附加磁场 磁介质的磁化 磁介质中的磁场： 的大小和方向随磁介质的不同而异。 2、三种磁介质 如: 锰、铬、铂、氮 如: 水银、铜、硫、氢、金、银 如: 铁、镍、钴、铁氧体 顺磁质 抗磁质 铁磁质 与 同方向, 使 与 反方向, 使 与 同方向, 且 使 对任何均匀各向同性的磁介质均有 叫磁介质的相对磁导率，随介质种类或状态而异。 螺线管内充满均匀磁介质后的磁场 式中 称为磁介质的磁导率 顺磁质 如：铝 抗磁质 如：铜 铁磁质 如：纯铁 真空 3、磁介质磁化的微观机理 (简述) 抗磁质: 轨道磁矩和自旋磁矩相互抵消, 分子没有磁矩 , 加上外磁场时, 分子产生感应磁矩 与外磁场方向相反, 使合成磁场略有减弱. 超到材料 ?r = 0 B=0 完全抗磁性 顺磁质 分子固有磁矩 , 但无外磁场时, 分子磁矩取向混乱, 相互抵消 , 加上外磁场, 分子磁矩趋向外场方向, 使磁介质中的合成磁场略有加强 即: 抗磁质 分子固有磁矩等于零 无外磁场： 铁磁质 (后述) 4、 矢量及其环路定理 以充满相对磁导率为 的磁介质的螺线管为例, 管内真空时的磁感应强度为 . 磁介质磁化后的宏观效果是：介质表面出现环形电流Is（电流密度为 ）。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 磁化电流面密度 取积分回路abcd如图, 由安培环路定理 磁化电流 不易测量,要消去 对顺磁质 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 令 称为磁场强度, 单位是 A/m 磁介质中的安培环路定理 是一个辅助量,描述磁场性质的量是 而非 注意: 的环流只与积分回路L内包围的传导电流有关, 与磁化电流无关。或者说磁化电流对 的环流无贡献 例题、一半径为 R1 的无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为 R2 ，相对磁导率为 ?r 的圆筒形磁介质。通过导线的电流为 I 。求磁介质内外磁感应强度的分布。 解 R2 R1 Io ?r ?r R2 R1 Io ?r ?r 5、铁磁质 （1）磁畴 铁磁质相邻原子间存在很强的交换耦合作用，使得无外场时自旋磁矩在小范围内自发排列形成一些很小的自发磁化区域 磁畴 无外场时，磁畴取向混乱，有外场时，磁畴趋向外场方向，形成更大的磁畴，大大加强了原来的磁场。 铁磁质的磁化与温度有关，温度升高，磁化能力减弱，温度达到某一值时，铁磁性消失，介质退化成顺磁质。这个温度叫居里点 铁的居里点为 1040 K， 钴的居里点为 1388 K 镍的居里点为 631 K 磁畴体积： 10-12 ~10-8m3 包含原子： 1017 ~1021个