磁介的磁场PPT讲稿.ppt

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1、磁介的磁场第1页，共36页，编辑于2022年，星期日l定义定义-相对磁导相对磁导率率 l根据根据 r的不同，磁介质分为三类：的不同，磁介质分为三类：l顺磁质：顺磁质：r1,即即BB0，这是因，这是因 与与 同向所致，如锰、铝、氧等同向所致，如锰、铝、氧等l抗磁质：抗磁质：r1,即即B1,即即BB0，这是，这是因为因为 不但与不但与 同向，且比同向，且比B0大大得多，如钴、铁、镍等得多，如钴、铁、镍等F顺磁质和抗磁质顺磁质和抗磁质:-弱磁性物质弱磁性物质F铁磁质：铁磁质：r1-强磁性物强磁性物质质r 1 10-5 1第3页，共36页，编辑于2022年，星期日l定义定义-磁化磁化率率F顺磁质：顺磁

2、质：m 0F抗磁质：抗磁质：m 0F铁磁质：铁磁质：m很大很大第4页，共36页，编辑于2022年，星期日补充：分子的磁矩补充：分子的磁矩1、电子的轨道磁矩、电子的轨道磁矩2、电子自旋磁矩、电子自旋磁矩相对论效应相对论效应zL-e,r l轨道磁矩轨道磁矩轨道角动量轨道角动量mevS:自旋角动量自旋角动量L:轨道角动量轨道角动量第5页，共36页，编辑于2022年，星期日3、磁矩磁矩的的量子化量子化 角角动动量量是是量量子子化化的的，其其取取值值只只能能是是普普朗朗克克常常数数 的整数或半奇数倍。的整数或半奇数倍。磁磁矩矩(轨轨道道、自自旋旋磁磁矩矩)和和角角动动量量成成正正比比，因因此此，磁矩磁矩

3、也是也是量子化量子化的。的。电子磁矩的取值，等于电子磁矩的取值，等于玻尔磁子玻尔磁子的的整数倍。整数倍。第6页，共36页，编辑于2022年，星期日5、分子的固有磁矩、分子的固有磁矩所有电子的所有电子的轨道磁矩轨道磁矩和和自旋磁矩自旋磁矩的矢量和的矢量和“分子电流模型分子电流模型”经典电磁学：经典电磁学：用圆电流等效用圆电流等效固有磁矩固有磁矩I4、原子核的磁矩等于、原子核的磁矩等于核磁子的整数倍核磁子的整数倍原子核的磁矩原子核的磁矩可可以以忽略忽略。核核磁子磁子玻尔磁子玻尔磁子第7页，共36页，编辑于2022年，星期日 二二.顺磁质和抗磁质的微观解释顺磁质和抗磁质的微观解释l分子固有磁矩分子固

4、有磁矩 ：分子中所有的电：分子中所有的电子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和子轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和l无外磁场作用时，抗磁质分子的固无外磁场作用时，抗磁质分子的固有磁矩为零，顺磁质分子的固有磁有磁矩为零，顺磁质分子的固有磁矩不为零矩不为零l抗磁质分子顺磁质分子的区别：抗磁质分子顺磁质分子的区别：第8页，共36页，编辑于2022年，星期日1.抗磁质的微观解释抗磁质的微观解释 电子轨道磁矩：电子轨道磁矩：l外加磁场外加磁场:电子的轨电子的轨道运动受到磁力矩道运动受到磁力矩的作用的作用电子轨道运动角动量电子轨道运动角动量第9页，共36页，编辑于2022年，星期日dt 时间内时间内:电子产生一个与进电子产

5、生一个与进动相应的附加磁矩动相应的附加磁矩-与与 反反向向一个分子的附加磁矩一个分子的附加磁矩第10页，共36页，编辑于2022年，星期日l任任一一体体积积元元中中，大大量量分分子子的的附附加加磁磁矩矩矢矢量量和和与与外外磁磁场场反反向向，产产生生与与外外磁场方向相反的磁场方向相反的附加磁场附加磁场-抗磁性产生的机理抗磁性产生的机理l附加磁矩附加磁矩是产生抗磁性的是产生抗磁性的 唯唯一原因一原因第11页，共36页，编辑于2022年，星期日 2.顺磁质的微观解释顺磁质的微观解释l加外磁场后，固有磁矩加外磁场后，固有磁矩 在磁力在磁力矩作用下转向外磁场方向排列。矩作用下转向外磁场方向排列。外磁场越

6、强，这样的排列越整齐外磁场越强，这样的排列越整齐l呈现出一个与外磁场同方向的呈现出一个与外磁场同方向的附加磁场附加磁场-顺磁性产生的机理顺磁性产生的机理第12页，共36页，编辑于2022年，星期日l分子固有磁矩转向分子固有磁矩转向是产生顺磁性是产生顺磁性的主要原因的主要原因(分子附加磁矩可忽略分子附加磁矩可忽略不计不计)三三.磁介质中的安培环路定律磁介质中的安培环路定律第13页，共36页，编辑于2022年，星期日l磁介质表面出现磁介质表面出现磁化电流磁化电流l顺磁质磁化电流的磁场与外磁顺磁质磁化电流的磁场与外磁场方向一致，抗磁质则相反场方向一致，抗磁质则相反第14页，共36页，编辑于2022年

7、，星期日 l以充满各向同性均以充满各向同性均匀顺磁质的螺绕环为匀顺磁质的螺绕环为例例因无磁介质时有因无磁介质时有第15页，共36页，编辑于2022年，星期日令令-磁介质的磁导率磁介质的磁导率令令-磁场强度磁场强度-磁介质中的安培环路定理磁介质中的安培环路定理传导电流 单位为安培单位为安培/米米(A/m)第16页，共36页，编辑于2022年，星期日 四四.的关系的关系l磁磁化化强强度度：磁磁介介质质单单位位体体积积内内分分子磁矩的矢量和，即子磁矩的矢量和，即F顺磁质：附加磁矩顺磁质：附加磁矩 可忽略可忽略；F抗磁质：固有磁矩抗磁质：固有磁矩第17页，共36页，编辑于2022年，星期日证明证明 束

8、缚电流与磁化强度关系束缚电流与磁化强度关系设单位长度上的束缚电流为设单位长度上的束缚电流为沿沿Z方向磁化的介质体元方向磁化的介质体元第18页，共36页，编辑于2022年，星期日则，它产生的磁矩则，它产生的磁矩介质侧面上的束缚电流强度介质侧面上的束缚电流强度结论：结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。束缚电流密度束缚电流密度一般可证明一般可证明:第19页，共36页，编辑于2022年，星期日 l实验表明，在各向同性磁介质中实验表明，在各向同性磁介质中第20页，共36页，编辑于2022年，星期日例例16半半径径为为R1的的无无限限长长圆圆柱柱导导体体(0)，外

9、外有有一一半半径径为为R2的的无无限限长长同同轴轴圆圆柱柱面面，两两者者间间充充满满相相对对磁磁导导率率为为r的的均均匀匀磁磁介介质质。设设电电流流I从从圆圆柱柱体体中中均均匀匀流流过过并并沿沿外外圆圆柱柱面面流流回回。求求磁场的分布。磁场的分布。第21页，共36页，编辑于2022年，星期日解：解：作半径为作半径为r的圆周为积分回路的圆周为积分回路L L回路中所包围的电流回路中所包围的电流l rR1：第22页，共36页，编辑于2022年，星期日lR1 r R2：磁场分布与电流满足右手螺旋定则磁场分布与电流满足右手螺旋定则第24页，共36页，编辑于2022年，星期日用用B的高的高斯定理证明斯定理

10、证明静磁场的界面条件：静磁场的界面条件：1、在两介质的分界面上在两介质的分界面上 B的法向分量连续，的法向分量连续，H的法向分量突变。的法向分量突变。m m1 1m m2 2nB2nB1n第25页，共36页，编辑于2022年，星期日2、在两介质的（无传导电流）分界面上、在两介质的（无传导电流）分界面上 H的切向分量连续，的切向分量连续，B的切向分量突变。的切向分量突变。用用H的环路定理证明：的环路定理证明：第26页，共36页，编辑于2022年，星期日B 线线在在界界面面上上的的“折折射射”：第27页，共36页，编辑于2022年，星期日静磁屏蔽：静磁屏蔽：部分磁屏蔽部分磁屏蔽第28页，共36页，

11、编辑于2022年，星期日静磁屏蔽：静磁屏蔽：部分磁屏蔽部分磁屏蔽第29页，共36页，编辑于2022年，星期日静电场和静磁场的比较静电场和静磁场的比较静电场静电场静磁场静磁场第30页，共36页，编辑于2022年，星期日 五五.铁磁质铁磁质1.铁磁质的基本性质铁磁质的基本性质l相对磁导率相对磁导率 r 1：一般可达：一般可达102104，最高可达，最高可达106l 随随H而变化，而变化，即即B与与H之间是之间是非线性关系非线性关系起始磁化曲线起始磁化曲线第31页，共36页，编辑于2022年，星期日 磁滞现象磁滞现象Br:剩余磁感剩余磁感应强度应强度Hc:矫顽力矫顽力磁滞回线磁滞回线铁磁质有一临界温

12、度铁磁质有一临界温度Tc-居里点居里点l工作温度高于工作温度高于Tc时，铁磁质将丧失时，铁磁质将丧失其铁磁性而转化为顺磁质其铁磁性而转化为顺磁质第32页，共36页，编辑于2022年，星期日 2.铁磁质的微观解释铁磁质的微观解释l磁畴：磁畴：相邻原子中的电相邻原子中的电子自旋磁矩自发地平行子自旋磁矩自发地平行排列，形成一个个小的排列，形成一个个小的自发磁化区自发磁化区l无外磁场：无外磁场：各磁畴各磁畴磁化方向杂乱无章磁化方向杂乱无章-对外不显磁对外不显磁性性第33页，共36页，编辑于2022年，星期日 外加磁场外加磁场F磁场较弱：磁场较弱：自发磁化方向与外磁场方自发磁化方向与外磁场方向相同或相近

13、的磁畴的体积逐渐增大，向相同或相近的磁畴的体积逐渐增大，反之则逐渐缩小反之则逐渐缩小(畴壁运动畴壁运动)l磁场较强：磁场较强：缩小着的磁畴消失，其它缩小着的磁畴消失，其它磁畴的磁化方向转向外场方向。外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沿外磁场方向排列时则达到饱和磁化状态化状态-磁性很强磁性很强第34页，共36页，编辑于2022年，星期日 去除外磁场：去除外磁场：分裂成许多磁畴。由分裂成许多磁畴。由于掺杂和内应力等原因，磁畴之间于掺杂和内应力等原因，磁畴之间存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到存在摩擦阻力，使磁畴不能恢复到磁化前的杂乱排列状态磁化前的杂乱排列状态-表现出磁滞现象表现出磁滞现象T升升高高，分分子子热热运运动动加加剧剧。TTc时时，磁磁畴畴全全部部被被破破坏坏，铁铁磁磁质质转转为为顺顺磁磁质质-存在居里点存在居里点第35页，共36页，编辑于2022年，星期日 bd J第36页，共36页，编辑于2022年，星期日