大学物理学电子教案第10章 磁介质 (2).ppt

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1、大学物理学电子教案第10章 磁介质本章内容本章内容10.1 10.1 磁介质的分类磁介质的分类磁介质的分类磁介质的分类10.2 10.2 磁介质磁性的微观解释磁介质磁性的微观解释磁介质磁性的微观解释磁介质磁性的微观解释10.3 10.3 有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理 安培环路定理安培环路定理安培环路定理安培环路定理10.4 10.4 铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质10.110.1 磁介质的分类磁介质的分类磁介质的分类磁介质的分类主要内容：主要内容：1.什么是顺磁质？什么是顺磁质？2.什么是抗磁质？什么是抗磁质？3.什么是铁磁质什么是铁磁质?

2、u 磁介质磁介质u实验装置实验装置（如图所示）（如图所示）u实验结果实验结果（线（线圈圈L1通有电流通有电流I）：环中无磁介质时磁场为环中无磁介质时磁场为 。环中有磁介质时磁场为环中有磁介质时磁场为 。相对磁导率相对磁导率:(反映磁介质对磁场的影响程度反映磁介质对磁场的影响程度)磁化率磁化率:在磁场作用下能被磁化并反过来影响磁场的物质。在磁场作用下能被磁化并反过来影响磁场的物质。u 磁介质的分类磁介质的分类顺磁质：顺磁质：抗磁质：抗磁质：减弱原场减弱原场增强原场增强原场弱磁性物质弱磁性物质(惰性气体、惰性气体、Li+、F-、食盐、水等、食盐、水等)(过渡族元素、稀土元素、锕族元素等过渡族元素、

3、稀土元素、锕族元素等)顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1,即即铁磁质铁磁质（通常不是常数）（通常不是常数）具有显著的增强原磁场的性质具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质强磁性物质(铁、钴、镍及其合金等铁、钴、镍及其合金等)10.210.2 磁介质磁性的微观解释磁介质磁性的微观解释磁介质磁性的微观解释磁介质磁性的微观解释主要内容：主要内容：1.原子或分子的固有磁矩原子或分子的固有磁矩2.磁介质在外磁场中产生的附加磁矩磁介质在外磁场中产生的附加磁矩3.束缚电流束缚电流(磁化电流磁化电流)10.2.1 原子或分子的固有磁矩原子或分子的固有磁矩原子中电子的轨

4、道磁矩原子中电子的轨道磁矩原子中电子的自旋磁矩原子中电子的自旋磁矩分子固有磁矩分子固有磁矩 所有电子磁矩的总和。所有电子磁矩的总和。抗磁质抗磁质无外场作用时，对外不显磁性。无外场作用时，对外不显磁性。顺磁质顺磁质无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性。无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性。分子固有磁矩为零分子固有磁矩为零分子固有磁矩不为零分子固有磁矩不为零10.2.2 磁介质在外磁场中产生的附加磁矩磁介质在外磁场中产生的附加磁矩以电子的轨道运动为例：以电子的轨道运动为例：无论电子轨道运动如何，外磁场对它的力矩总使它产无论电子轨道运动如何，外磁场对它的力矩总使它产生一个与外磁场方向相反的附

5、加磁矩。生一个与外磁场方向相反的附加磁矩。与与方向相反方向相反抗磁质抗磁质分子的固有磁矩为零，附加磁矩产生附加磁场分子的固有磁矩为零，附加磁矩产生附加磁场,附附加磁场与外场方向相反加磁场与外场方向相反 抗磁质抗磁质顺磁质顺磁质分子的固有磁矩不为零，未加外磁场时，由于分子热分子的固有磁矩不为零，未加外磁场时，由于分子热运动，各分子磁矩的取向是杂乱无章的，在宏观上并运动，各分子磁矩的取向是杂乱无章的，在宏观上并不表现磁性不表现磁性;有外加磁场时，在磁力矩作用下，顺磁质有外加磁场时，在磁力矩作用下，顺磁质内部分子磁矩将要转向外磁场方向有序的排列起来，内部分子磁矩将要转向外磁场方向有序的排列起来，这一

6、加强外磁场的效应和与外磁场反方向的附加磁场这一加强外磁场的效应和与外磁场反方向的附加磁场相比，附加磁场完全被掩盖了，因此，在顺磁质内部相比，附加磁场完全被掩盖了，因此，在顺磁质内部外磁场被加强了外磁场被加强了顺磁质顺磁质。10.2.3 束缚电流束缚电流(磁化电流磁化电流)分子固有磁矩等效为分子电流分子固有磁矩等效为分子电流分子电流分子电流以充满各向同性均匀顺磁质的无以充满各向同性均匀顺磁质的无限长螺线管为例限长螺线管为例在磁介质内部的任一处，在磁介质内部的任一处，相邻的分子电流的方向相邻的分子电流的方向相反，互相抵消。相反，互相抵消。顺顺磁磁质质在磁介质表面处各点，分在磁介质表面处各点，分子电

7、流未被抵消，形成子电流未被抵消，形成束束缚电流缚电流 。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10.3 10.3 有磁介质时的磁高斯有磁介质时的磁高斯有磁介质时的磁高斯有磁介质时的磁高斯 定理和安培环路定理定理和安培环路定理定理和安培环路定理定理和安培环路定理主要内容：主要内容：1.有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理2.有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理3.磁场强度矢量磁场强度矢量10.3.1 有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁场由传导电流和束缚电流共同产生有磁介质时的磁场由传导电流和束缚电流共同产生磁介质存在时，磁

8、感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾的闭合曲线无论是否有磁介质存在无论是否有磁介质存在,磁高斯定理都是普遍成立的。磁高斯定理都是普遍成立的。10.3.2 有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理以充满各向同性均匀顺磁质的长直螺线管为例。以充满各向同性均匀顺磁质的长直螺线管为例。螺线管内为真空时螺线管内为真空时螺线管内充满各向同性螺线管内充满各向同性均匀顺磁质时均匀顺磁质时相对磁导率相对磁导率 因而因而令令磁介质的磁导率磁介质的磁导率令令 磁场强度矢量磁场强度矢量磁场强度矢量磁场强度矢量 沿所选闭合路径的线积分等于闭合路径所沿所选闭合路径的线积分等于

9、闭合路径所包围的传导电流的代数和包围的传导电流的代数和 的安培环路定理的安培环路定理一无限长载流直导线，其外部包围一层磁介质，相对磁一无限长载流直导线，其外部包围一层磁介质，相对磁导率导率 。(1)磁介质中的磁场强度和磁感应强度；磁介质中的磁场强度和磁感应强度；(2)介质内表面上的束缚电流。介质内表面上的束缚电流。例例求求解解(1)根据磁介质的安培环路定理根据磁介质的安培环路定理(2)计算介质内表面上的束缚电流计算介质内表面上的束缚电流10.4 10.4 铁磁质铁磁质铁磁质铁磁质主要内容：主要内容：1.铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化规律3.铁磁质的种类铁磁质的种类4.磁畴磁畴2.磁滞回线磁滞回线

10、u 铁磁质的主要特征：铁磁质的主要特征：(1)高磁导率；高磁导率；(2)非线性；非线性；(3)具有磁滞现象。具有磁滞现象。10.4.1 铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化规律 磁滞回线磁滞回线1.铁磁质的磁化规律铁磁质的磁化规律 剩磁剩磁矫顽力矫顽力2.磁滞回线磁滞回线(1)铁磁质的磁化过程是不可逆的铁磁质的磁化过程是不可逆的 磁滞现象磁滞现象。讨论讨论(4)铁磁质的磁化状态与铁磁质此前的磁化历史有关铁磁质的磁化状态与铁磁质此前的磁化历史有关。(3)铁磁质中铁磁质中不是线性关系不是线性关系。(2)在磁化过程中有能量损失在磁化过程中有能量损失磁滞损耗磁滞损耗。10.4.2 铁磁质的种类铁磁质的种类HC

11、 较小较小HC 较大较大易磁化，易退磁易磁化，易退磁剩磁较强，不易退磁剩磁较强，不易退磁变压器、电机、电磁铁的铁芯变压器、电机、电磁铁的铁芯永久磁铁永久磁铁软磁材料软磁材料,硬磁材料硬磁材料,说明说明铁磁质温度高于某一温度铁磁质温度高于某一温度TC 时时,铁磁质转化为顺磁质铁磁质转化为顺磁质,此临此临界温度称为界温度称为居里温度居里温度或或居里点。居里点。10.4.3 磁畴磁畴在铁磁质中，相邻电子之间存在着一种很强的在铁磁质中，相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合交换耦合”作用，使得在没有外磁场的情况下，它们的自旋磁矩能作用，使得在没有外磁场的情况下，它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内在一个

12、个微小区域内“自发地自发地”整齐排列起来整齐排列起来磁畴磁畴无无磁化方向与磁化方向与有有 整个铁磁质的总磁矩为零整个铁磁质的总磁矩为零同向的磁畴扩大同向的磁畴扩大磁化方向转向磁化方向转向的方向的方向使磁场大大增强使磁场大大增强外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和内应力的阻碍，不能恢复磁化前的状态。内应力的阻碍，不能恢复磁化前的状态。磁畴的磁磁畴的磁化方向化方向本章小结本章小结1.磁介质的分类磁介质的分类l顺磁质顺磁质l抗磁质抗磁质l铁磁质铁磁质2.磁介质的磁化磁介质的磁化顺磁质：顺磁质：分子的固有磁矩受力矩的作用分子的固有磁矩受力矩的作用,使分子的固有磁矩使

13、分子的固有磁矩趋于外磁场方向排列。这种取向排列使得原磁场得趋于外磁场方向排列。这种取向排列使得原磁场得到加强。到加强。抗磁质：抗磁质：它的分子没有固有磁矩，附加磁矩产生附加磁场它的分子没有固有磁矩，附加磁矩产生附加磁场,附加磁场与外场方向相反附加磁场与外场方向相反,使得原磁场得到减弱。使得原磁场得到减弱。束缚电流：束缚电流：磁介质被磁化后磁介质被磁化后,在磁介质表面出现磁化电流。在磁介质表面出现磁化电流。3.有磁介质时的磁高斯定理和安培环路定理有磁介质时的磁高斯定理和安培环路定理(1)有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理无论是否有磁介质存在无论是否有磁介质存在,磁高斯定理都是普遍成立的磁高斯定理都是普遍成立的(2)有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理各向同性均匀磁介质中各向同性均匀磁介质中4.铁磁质铁磁质铁磁质的主要特征：铁磁质的主要特征：(1)高磁导率高磁导率;(2)非线性非线性;(3)有磁滞现象。有磁滞现象。用于吸吊钢带卷的起重电磁铁用于吸吊钢带卷的起重电磁铁 （本章由田蓬勃编写制作本章由田蓬勃编写制作）谢谢