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章磁介质 11 7介质静磁学 1 磁介质及其分类 磁介质置于B0中 激发附加B 磁化电流产生的附加磁场 讨论 1 2 本节要求很低仅讲要求内容 磁介质 相对磁导率 实验发现 有 无磁介质的螺旋管内磁感应强度的比值 可表征它们在磁场中的性质 顺磁质 抗磁质 铁磁质 磁介质的分类 如氧 铝 钨 铂 铬等 如氮 水 铜 银 金 铋等 如铁 钴 镍等 超导体是理想的抗磁体 磁化率 2 磁介质的顺磁性和抗磁性 抗磁性物质 分子中电子和核的运动都能产生磁效应 分子对外界磁效应的总和可用一个等效的圆电流来代替 称为分子电流 其磁矩称为分子磁矩 用表示 顺磁性物质 但无外场时 由于分子电流的取向在各方向几率一样 因此对外不显磁性 产生顺磁 进动后产生抗磁 磁介质在外场中受到两种作用 一是分子固有磁矩在外场中重新取向 产生磁场 与外磁场同向 顺磁质 二是在外场作用下 原子或分子中各个电子因进动而产生附加磁矩 用表示 无论是抗磁物质还是顺磁物质总是与反向 3 抗磁质的磁化 4 顺磁质的磁化 1 磁化强度 讨论 对于真空M 0 对于顺磁质 即单位体积内所有分子磁矩的矢量和 对于抗磁质 磁化强度和磁化电流 P100 101可不看按下面要求 实验规律 在均匀外磁场中 各向同性均匀的顺磁质被磁化 未被抵消的分子电流沿着柱面流动 称为磁化面电流 磁化面电流 磁化面电流也称为束缚面电流或分子电流 若在l长介质表面束缚分子面电流为i 则其线密度为 设介质的截面积S 则有 磁化面电流线密度在垂直于电流流动方向上单位长度的分子面电流 束缚电流线密度的大小等于磁化强度的切向分量 磁化强度的环流 普遍情况下可以证明 电介质有 束缚电荷面密度的大小等于电极化强度的法向分量 以充满介质的螺旋管为例 选如图回路 求环流 磁化强度沿任一回路的环流 等于穿过此回路的束缚电流i 的代数和 i 与L环绕方向成右旋者为正 反之为负 磁介质中的磁场磁场强度 1 磁介质中的安培环路定理 束缚电流 传导电流 有磁介质的总场 定义磁场强度则有 沿任一闭合路径磁场强度的环流等于该闭合路径所包围的自由电流的代数和 物理意义 磁场强度H的单位 安培 米 A m SI H的环流仅与传导电流I有关 与介质无关 当I相同时 尽管介质不同 H在同一点上也不相同 然而环流却相同 因此可以用它求场量 就象求那样 例 有磁介质无限长螺线管 电介质中的高斯定理 磁介质中的安培环路定理 称为相对电容率或相对介电常量 之间的关系 之间的关系 实验规律量纲 电磁场的本构方程 描述真空中电磁场和介质中电磁场的关系式 解由安培环路定理 有 H 2 r 例题一细铁环中心周长l 30cm 横截面积S 1 0cm2 密绕N 300匝 当I 32mA时 m 2 0 10 6wb 求铁芯中的磁场强度H 以及铁芯的相对磁导率 r NI 求铁芯的相对磁导率 r 497 例题一根长直同轴线由半径a的长导线和套在它外面的内半径为b 外半径为c的同轴导体圆筒组成 中间充满磁导率为 的各向同性均匀非铁磁绝缘材料 如图所示 传导电流I沿导线向上流去 由圆筒向下流回 设电流在截面上都是均匀分布的 求同轴线内外的磁场强度H和磁感应强度B的分布 解由安培环路定理 及B H B 0 I 1 高 值 铸钢 r 500 2200 硅钢 r 7000 坡莫合金 r 105 因此 很小的电流就能在铁磁质中产生很强的磁场 2 非线性 相对磁导率 r要随磁场的强弱发生变化 因此B和H的关系是非线性的 作为信号传输器件时 如变压器铁芯 要尽量工作在线性段 以减小信号的失真 11 8铁磁性 铁 钴 镍和它们的合金 p104 3 有磁滞 有剰磁现象 一般说来 抗磁质和顺磁质在外磁场消失时 磁性也消失 但铁磁质不同 外磁场消失后 还会保留部分磁性 这就是磁滞现象 Br 剩磁 Hc 矫顽力 使铁磁质中的磁场完全消失所需加的反向磁场的大小 不同铁磁质的磁滞回线的形状是不同 它们各具有不同的剩磁Br和矫顽力Hc 根据磁滞回线的胖瘦可把铁磁质分为硬磁材料和软磁材料 图硬磁材料的磁滞回线 图软磁材料的磁滞回线 硬磁材料的磁滞回线显得胖 见图11 8 5 有较大的剩磁和矫顽力 常用来作永久磁体 记录磁带或电子计算机的记忆元件 软磁材料的磁滞回线比较瘦 见图11 8 4 剩磁和矫顽力都很小 常用来作变压器和电磁铁的铁心 例题图示为三种不同的磁介质的B H关系曲线 其中虚线表示的是B 0H的关系 a b c各代表哪一类磁介质的B H关系曲线 a代表的B H关系曲线 铁磁质 b代表的B H关系曲线 c代表的B H关系曲线 顺磁质 抗磁质 抗磁质和顺磁质的B和H间是线性关系 相对磁导率 r与1相差不大 在一般性 精度要求不高 的问题中 可以把抗磁质