大学物理——11.7磁介质.ppt

2.磁介质中的安培环路定理 将安培环路定理用到磁介质中， 并取以r为半径的闭合同心圆周 为积分路径，则有： * 本章基本要求： 了解三种磁介质：抗磁质、顺磁质、铁磁质； 了解磁介质的磁化现象及其微观解释； 了解磁场强度的概念以及在各向同性介质中 H 和 B 的关系。 理解 H 的环路定理，并能求解有理想磁介质存在时恒定电流的磁场分布； 讨论磁场和磁介质的相互作用： 磁介质的三种类型： 顺磁质、抗磁质、铁磁质 磁介质对磁场的影响 磁场强度及其规律 铁磁质的特性 磁介质主要内容 运动电荷 磁 铁 电 流 电 流 运动电荷 磁 铁 磁 场 一、磁介质及其分类 1. 磁介质对磁场的影响 —— 相对磁导率 反映磁介质性质 11.7 磁介质 磁介质 2. 磁介质的分类 (2)顺磁质（ 锰、铬、铂、氧） (1)抗磁质（ 锌、铜、水银、铅） 减弱原场 增强原场 (3) 铁磁质 通常不是常数 具有显著的增强原磁场的性质 强磁性物质 弱磁性物质 在物质的分子中 电子绕原子核作轨道运动——轨道磁矩； 电子有自旋 ——自旋磁矩。 分子内所有电子的全部磁矩的矢量和，称为分子的固有磁矩——分子磁矩。 分子磁矩可以用一个等效的圆电流来表示。 1、分子电流和分子磁矩 二、抗磁质与顺磁质的磁化 S 当没有外磁场作用时 ： 抗磁质分子：固有磁矩Pm = 0，∴∑ Pm = 0 介质不显磁性； 顺磁质分子：固有磁矩Pm≠ 0，由于热运动仍有 ∑Pm= 0也不显磁性。 分子圆电流和磁矩 无外磁场 顺 磁 质 的 磁 化 有外磁场 顺磁质内磁场： 2、顺磁质和抗磁质的磁化： 无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗磁质内磁场 同向时 反向时 抗磁质的磁化 抗磁质的磁化 附加磁场B/的方向与外磁场B0方向相反，这就是抗磁效应 (抗磁质的磁化与无极分子电介质的极化过程类似) 。 B/完全由△Pm产生，因为△Pm总是与B0反向， 所以B/与B0反方向。 顺磁质的磁化 即分子磁矩受到一个磁力矩： 因为分子固有磁矩Pm 附加磁矩△ Pm （相差两个数量级）,ΔPm可以忽略不计,所以,此时的磁化主要是外磁场B0使Pm转向效应。 1.磁化（束缚）电流 以长直螺线管为例： 介质磁化以后，由于分子磁矩的有序排列，其宏观效果是在介质横截面边缘出现环形电流，这种电流称为“磁化电流”（Is ）。 三、磁介质中的安培环路定理 抗 磁 质 顺 磁 质 抗磁质 束缚电流 束缚电流 L 顺磁质 其中： 在理想磁介质中，有对称性可知半径r的圆周上B大小相等方 向沿圆周切线，得: 另外一方面有： 可得： 代入磁介质中的安培环路定理可得： 令： 定义磁场强度 ： 磁介质中的安培环路定理 单位：A/m 磁介质中的安培环路定理 例11.13　一根“无限长”的直圆柱形铜导线，外包一层相对磁导率为μr的圆筒形磁介质，导线半径为R1，磁介质的外半径为R2，导线内有电流I通过，电流均匀分布在横截面上，铜的相对磁导率可取1求： (1)介质内外的磁场强度分布，并画出H-r图，加以说明(r是磁场中某点到圆柱轴线的距离)； (2)介质内外的磁感应强度分布，并画出B-r图，加以说明. 解　(1)求H-r关系　由于电流分布的轴对称性，因而磁场分布也有轴对称性，因此可用安培环路定理求解.在垂直于轴线的平面上，选择积分回路L为以圆柱轴线为圆心、r为半径的圆周，由式(9.60)可得 当r≤R1时， 当R1＜r＜R2时， 当r＞R2时， 画出H-r曲线，如图所示. (2)求B-r关系　由已求出的介质内外的磁场强度分布，再根据B＝μH＝μ0μrH确定介质内外的磁感应强度分布. 当r＜R1，该区域在金属导体内，可作为真空处理，μr＝1，故 当R1＜r＜R2，该区域是相对磁导率为μr的磁介质内，故 当r＞R2，该区域为真空，故 画出B-r曲线，如图所示.可见，在边界r＝R1和r＝R2处，磁感应强度B不连续. 铁磁质具有高磁导率、非线性（?不是常数）；存在“磁滞现象”；存在居里温度等三个显著特征。 四、铁磁质 1）?r1（即BB0）且?r不是常数： 而是H（亦即电流I）的函数，即?r=?r ?H) =?r [H(I)]。因此，这时B与H间无简单线性关系。 2）存在“磁滞现象”(如:在外场撤除后有剩磁)： 3）居里温度： 对应于每一种铁磁物质都有一个临界温度（居里 点），超过这个温度，铁磁物质就变成了顺磁物质。 如铁的居里温度为1034K。 1、磁化曲线 1）研究铁磁