第15磁介质的磁化.pptx
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1、相对磁导率相对磁导率:实验发现:有、无磁介质的实验发现:有、无磁介质的螺旋管内磁感应强度的比值,螺旋管内磁感应强度的比值,可表征磁介质在磁场中的性质。可表征磁介质在磁场中的性质。顺磁质:顺磁质:1.磁介质的分类:磁介质的分类:如氧、铝、钨、铂、铬等。如氧、铝、钨、铂、铬等。磁介质磁介质15.1 磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化强度矢量磁化强度矢量根据磁场的叠加原理,介质中的合磁场的磁感应强根据磁场的叠加原理,介质中的合磁场的磁感应强度度 为:为:1B0,顺磁质顺磁质:与与 同方向,同方向,BB0,抗磁质抗磁质:与与 反方向,反方向,BB0,原子中电子有自旋及绕核原子中电子有自旋及绕核的轨道运动,
2、对应有自旋的轨道运动,对应有自旋磁矩和轨道磁矩。磁矩和轨道磁矩。用等效的分子电流磁矩来用等效的分子电流磁矩来表示各个电子对外界磁效表示各个电子对外界磁效应的总合。应的总合。2、顺磁质与抗磁质的微观机制1).顺磁质:每个分子等效一个圆电流每个分子等效一个圆电流分子固有磁矩分子固有磁矩不显磁性不显磁性分子电流的磁矩受到磁分子电流的磁矩受到磁力矩,使它向磁场方向力矩,使它向磁场方向偏转,且按统计规律取偏转,且按统计规律取向向 磁介质的磁化。磁介质的磁化。在外磁场中在外磁场中磁场越强磁场越强,温度越低温度越低,排列越整齐排列越整齐.53 电子的拉莫进动.swf+动量矩进动2.抗磁质:在有外磁场时在有外
3、磁场时轨道角动量绕磁场旋进,轨道角动量绕磁场旋进,电子附加一个与磁感强度相反的磁矩,电子附加一个与磁感强度相反的磁矩,分子中各电子因进动而产生的磁效应分子中各电子因进动而产生的磁效应的总和的总和,称分子的称分子的附加附加磁矩磁矩,方向与外方向与外磁场反向磁场反向,决定了分子的决定了分子的抗抗磁性磁性.电子轨道磁矩(分子固有磁矩为0)方向为方向为B)不管哪种介质,在无外场时,对外不显磁性)不管哪种介质,在无外场时,对外不显磁性.电子进动产生的附加磁矩电子进动产生的附加磁矩 总是减弱外磁场总是减弱外磁场.与与 相差两个数量级。因此顺磁质中的磁场是加强了。相差两个数量级。因此顺磁质中的磁场是加强了。
4、C)2.磁化强度磁化强度:单位体积内分子磁矩的矢量和。单位体积内分子磁矩的矢量和。它带来附加磁场它带来附加磁场 的贡献。的贡献。注意:注意:A)抗磁质固有磁矩为零,并不意味着电子不自旋,)抗磁质固有磁矩为零,并不意味着电子不自旋,电子不绕原子核运动。电子不绕原子核运动。分子中所有电子的轨道磁矩和分子中所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩矢量和为零。自旋磁矩矢量和为零。注意注意:1)要宏观无限小,要宏观无限小,微观无限大。微观无限大。2)顺磁质中,顺磁质中,M与外场方与外场方 向一致,抗磁质中,向一致,抗磁质中,M 与外场方向相反。与外场方向相反。4)物理含义)物理含义-描述物质磁化的程度与状态。描述物
5、质磁化的程度与状态。3)M的单位:的单位:显然,磁化越厉害,分子磁矩的矢量和越大。显然,磁化越厉害,分子磁矩的矢量和越大。对外磁场的影响也越大。(加强或减弱)对外磁场的影响也越大。(加强或减弱)磁化面电流磁化面电流LR顺磁质顺磁质L大小:单位长度磁介质表面流过的磁化面电流大小:单位长度磁介质表面流过的磁化面电流方向:该处磁化面电流的方向。方向:该处磁化面电流的方向。3 磁化强度与磁化电流间的关系磁化强度与磁化电流间的关系面电流密度面电流密度 对于各向同性的均匀介质,介质内部各分子电流相互抵对于各向同性的均匀介质,介质内部各分子电流相互抵消,而在介质表面,未被抵消的分子电流相互拼接,在磁化消,而
6、在介质表面,未被抵消的分子电流相互拼接,在磁化圆柱的表面出现一层电流,称为磁化面电流。圆柱的表面出现一层电流,称为磁化面电流。一般言之:介质表面磁化面电流密度一般言之:介质表面磁化面电流密度LSM式中:式中:为磁化强度为磁化强度为介质表面外法线的为介质表面外法线的单位矢量。单位矢量。(微分关系)(微分关系)取一长为取一长为 l 面积为面积为S的磁介质。则:的磁介质。则:abcda作闭合回路作闭合回路求积分求积分abcd积分关系积分关系 磁化强度对闭合回路的线积磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积内分等于通过回路所包围的面积内的总磁化电流。的总磁化电流。磁化强度与磁化面电流的关系,
7、虽然是从特例磁化强度与磁化面电流的关系,虽然是从特例给出,但是普遍成立的。给出,但是普遍成立的。磁化电流磁化电流有磁介质的总场有磁介质的总场根据磁场的叠加原理,介质中的合磁场的磁感应强根据磁场的叠加原理,介质中的合磁场的磁感应强度度 为:为:15.2 有介质时的安培环路定理有介质时的安培环路定理定义磁场强度定义磁场强度 则有:则有:实验证明:在各向同性磁介质有实验证明:在各向同性磁介质有磁化率磁化率相对磁导率相对磁导率磁导率磁导率磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理 的环流仅与传导电流的环流仅与传导电流 I 有关有关,与磁化电流无关。与磁化电流无关。为研究介质中的磁场提供了方便。为研究
8、介质中的磁场提供了方便。说明:说明:1)是一辅助物理量,描述磁场的基本物理量是一辅助物理量,描述磁场的基本物理量 仍然是仍然是(名称张冠李戴了)名称张冠李戴了)3)是一普遍关系式是一普遍关系式在各向同性的介质中:在各向同性的介质中:在电流和磁介质分布有对称性时,通过在电流和磁介质分布有对称性时,通过先求先求H,再通过,再通过B=0 r H求求 B.2)的单位是的单位是A/m(SI制)制)例例1:长直螺旋管内充满均匀磁介质:长直螺旋管内充满均匀磁介质 r,设励磁电流设励磁电流 I0,单位长度上的匝数为,单位长度上的匝数为 n。求管内的磁感应强度。求管内的磁感应强度和和磁介质表面的面束缚电流密度。
9、磁介质表面的面束缚电流密度。解:因管外磁场为零,取如图解:因管外磁场为零,取如图所示安培回路所示安培回路例例2:如图载流无限长磁介质圆柱其相对磁导率为:如图载流无限长磁介质圆柱其相对磁导率为 r1,外面有半径为外面有半径为 R2的无限长同轴圆柱面,该面也通的无限长同轴圆柱面,该面也通有电流有电流 I,圆柱与圆柱与圆柱面间充满圆柱面间充满相对磁导率为相对磁导率为 r2的介的介质质,圆柱面圆柱面外为真空,且外为真空,且R1r r1,求求B和和 H的分布。的分布。r1 r2解解 (1 1)当当两两个个无无限限长长的的同同轴轴圆圆柱柱体体和和圆圆柱柱面面中中有有电电流流通通过过时时,它它们们所所激激发
10、发的的磁磁场场是是轴轴对对称称分分布布的的,而而磁磁介介质质亦亦呈呈轴轴对对称称分分布布,因因而而不不会会改改变变场场的的这这种种对对称称分分布布。设设圆圆柱柱内内一一点点到到轴轴的的垂垂直直距距离离是是r,以以r为为半半径径在在垂垂直直于于轴轴的的平平面面内内作作一一圆,取此圆为积分回路,圆,取此圆为积分回路,由由r由由 r1 r2在回路上,在回路上,与回路绕行方向一致,与回路绕行方向一致,且大小相等,所以有且大小相等,所以有r(2)设设在在圆圆柱柱体体外外圆圆柱柱面面内内一一点点到到轴轴的的垂垂直直距距离离是是r,则则以以r为为半半径径作作一一圆圆,根根据据安培环路定理有安培环路定理有 r
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