磁性2－1磁介质.ppt

一.磁介质的分类 2.顺磁质的微观解释 以充满各向同性均匀顺磁质的螺绕环为例 实验表明，在各向同性磁介质中 [例16]半径为R1的无限长圆柱导体(? ? ?0)，外有一半径为R2的无限长同轴圆柱面，两者间充满相对磁导率为?r的均匀磁介质。设电流I从圆柱体中均匀流过并沿外圆柱面流回。求磁场的分布。 解：作半径为r的圆周为积分回路L 五.铁磁质 1.铁磁质的基本性质 磁滞现象 2.铁磁质的微观解释 磁畴：相邻原子中的电子自旋磁矩自发地平行排列，形成一个个小的自发磁化区 外加磁场 磁场较弱：自发磁化方向与外磁场方向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大，反之则逐渐缩小(畴壁运动) 去除外磁场：分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态 相对磁导率 ?r 1：一般可达102~104，最高可达106 ? 随H而变化，即B与H之间是非线性关系 起始磁化曲线 Br: 剩余磁感应强度 Hc:矫顽力 磁滞回线 铁磁质有一临界温度Tc---居里点 工作温度高于Tc时，铁磁质将丧失其铁磁性而转化为顺磁质 无外磁场：各磁畴磁化方向杂乱无章 ----对外不显磁性 磁场较强：缩小着的磁畴消失，其它磁畴的磁化方向转向外场方向。外场越强，转向越充分。所有磁畴都沿外磁场方向排列时则达到饱和磁化状态 ----磁性很强 * * ：真空中的磁感应强度 ：磁介质磁化而产生附加磁场 磁介质中的磁感应强度为 §12-1 磁介质中的磁场 定义 ----相对磁导率 根据?r的不同，磁介质分为三类： 顺磁质：?r1, 即BB0，这是因 与 同向所致，如锰、铝、氧等 抗磁质：?r1, 即BB0，这是因 与 反向所致，如铜、氢、硫等 铁磁质：?r1, 即BB0，这是因为 不但与 同向，且比B0大得多，如钴、铁、镍等 顺磁质和抗磁质: ----弱磁性物质 铁磁质： ?r1 ----强磁性物质 ?r ? 1?10-5 ? 1 定义 ----磁化率 顺磁质：?m 0 抗磁质：?m 0 铁磁质：?m很大 补充：分子的磁矩 1、电子的轨道磁矩 2、电子自旋磁矩 相对论效应 z L -e, r ?l 轨道磁矩 轨道角动量 me v S:自旋角动量 L:轨道角动量 3、磁矩的量子化 角动量是量子化的，其取值只能是普朗克常数 的整数或半奇数倍。 磁矩(轨道、自旋磁矩)和角动量成正比，因此， 磁矩也是量子化的。 电子磁矩的取值，等于玻尔磁子 的整数倍。 5、分子的固有磁矩 所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和 －“分子电流模型” 经典电磁学：用圆电流等效固有磁矩 I 4、原子核的磁矩等于核磁子的整数倍 原子核的磁矩可以忽略。 核磁子 玻尔磁子 二.顺磁质和抗磁质的微观解释 分子固有磁矩 ：分子中所有的电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和 无外磁场作用时，抗磁质分子的固有磁矩为零，顺磁质分子的固有磁矩不为零 抗磁质分子顺磁质分子的区别： 1.抗磁质的微观解释 电子轨道磁矩： 外加磁场: 电子的轨道运动受到磁力矩的作用 电子轨道运动角动量 dt 时间内: 电子产生一个与进动相应的附加磁矩 ----与 反向 一个分子的附加磁矩 任一体积元中，大量分子的附加磁矩矢量和与外磁场反向，产生与外磁场方向相反的附加磁场 ----抗磁性产生的机理 附加磁矩是产生抗磁性的 唯一原因 加外磁场后，固有磁矩 在磁力矩作用下转向外磁场方向排列。外磁场越强，这样的排列越整齐 呈现出一个与外磁场同方向的附加磁场 ----顺磁性产生的机理 分子固有磁矩转向是产生顺磁性的主要原因(分子附加磁矩可忽略不计) 三.磁介质中的安培环路定律 磁介质表面出现磁化电流 顺磁质磁化电流的磁场与外磁场方向一致，抗磁质则相反 因无磁介质时有 令 ----磁介质的磁导率 令 ----磁场强度 ----磁介质中的安培环路定理 传导电流 单位为安培/米(A/m) 四. 的关系 磁化强度：磁介质单位体积内分子磁矩的矢量和，即 顺磁质：附加磁矩 可忽略； 抗磁质：固有磁矩 证明 束缚电流与磁化强度关系 设单位长度上的束缚电流为 沿Z方向磁化的介质体元 则，它产生的磁矩 介质侧面上的束缚电流强度 结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。 ——束缚电流密度 一般可证明: L回路中所包围的电流 rR1： R1 r R2： rR2： 磁场分布与电流满足右手螺旋定则 用B的高斯定理证明 静磁场的界面条件： 1、在两介