ch12磁场中的磁介质

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第12章磁场中的磁介质(Chapter-12 Magnetic Field in Magnetic Body本章内容：12. 1 磁介质 磁化强度 12. 2磁介质中的安培环路定理 磁场强度H

12. 3 铁磁质

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12.1 磁介质 磁化强度1. 磁介质—— 放入磁场中能够显示磁性的物质 电介质放入外场

E0

E E0 E '

E E0

E 1 E0 r磁介质放入外场

相对介电常数

IN

B0

B B0 B'相对磁导率

B ? B0

o

r

B r B0

r 反映磁介质对原场的影响程度

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2. 磁介质的分类相对磁导率

抗磁质

r 1 r 1

B r B0B B0 B B0减弱原场弱 磁 性 物 质

(如： 铬、铀、锰、氮等)

顺磁质

增强原场

(如：铋、硫、氯、氢等)

顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1, 即

r 1 (102 ~ 104 ) 通常不是常数 铁磁质 r 1(如：铁、钴、镍及其合金等)

具有显著的增强原磁场的性质

强磁性物质

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3. 磁介质的微观解释

e 原子中电子的轨道磁矩 pm L 2m e 电子的自旋磁矩 ps S m

电子自旋磁矩 与轨道磁矩有 相同的数量级

分子固有磁矩 —— 所有电子磁矩的总和 pm pm 无外磁场作用时

抗磁质 pm 0 顺磁质 pm 0

对外不显磁性 由于热运动，对外也不显磁性

pm 0

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有外磁场作用时

顺磁质 分子的固有磁矩 pm 受力矩 M pm B的作用，使分子的固有磁矩趋于外磁场方向 排列。但由于分子热运动的影响，各分子

固有磁矩的取向不可能完全整齐，不过外 磁场越强，排列越整齐。正是由于这种取向排列使得原磁场得到加强，

但这种加强很小。

B0

B1 '

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抗磁质 它的分子没有固有磁矩，为什么也能受磁场的影响？抗磁质在外磁场的作用下产生附加磁矩。 以电子的轨道运动为例：(如电子 沿相反的方向做轨道运动，同样的 分析方法) 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 方向相反的附加磁矩。

B0

pm

M

i pm

L

附加磁矩产生附加磁场,附加磁场与外场方向相 反——抗磁质

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4. 磁化强度 M定义

pm M V

每个分子的磁矩

实验表明：对顺磁质和抗磁质

m M m H B

ISI0

以螺绕环为例

p M

IS S IS iS V SL Lm

B B0 B 0 nI 0iS 0 nI 0 M 0 (nI M )可得

B 0 ( H M )

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12. 2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度H12.2.1磁介质的磁化 束缚电流以无限长螺线管为例 在磁介质内部的任一处， 相邻的分子环流的方向相 反，互相抵消。 在磁介质表面处各点，分 子环流未被抵消，

形成沿 表面流动的面电流 I S ——束缚电流(磁化电流) 结论：介质中磁场由传导和束缚电流共同产生。

B0

I0

顺 磁 质

ISI0

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12.2.2. 磁介质中安培环路定理 磁场强度H 以充满各向同性均匀顺磁质的螺绕环为例

LB dl 0 ( NI I S )

B 2πr 0 ( NI I S )

B0 2πr 0 NI B NI I S r 由上两式 B0 NI 因而 LB dl 0 r NI 令 B 0 r H H在螺绕环未充介质时 μ--- 磁导率，

IN

o

r

H--

磁场强度

LH dl I(磁介质的安培环路定理)

磁介质内磁场强度沿所选闭合路径 的环流等于闭合积分路径所包围的

所有传导电流的代数和。

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12. 3 铁磁质12.3.1 铁磁质的磁化规律 铁磁质中 磁滞回线

B H 不是线性关系B~HBr 剩磁矫顽力 H C

H nI

B

B

bf

aH

r ~ H

cH

oe

o 讨论

d

(1) 实验证明：各种铁磁质的起始曲线都是“不可逆”的， 磁滞现象

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(2) 铁磁质温度高于某一温度TC 时, 铁磁质转化为顺磁质, 此 临界温度称为居里点。 (3) 不同材料，矫顽力不同BH

B

o

o

H

软磁材料 HC 较小 易磁化，易退磁变压器、电机、电磁铁的铁芯

硬磁材料 HC 较大 剩磁较强，不易退磁可作永久磁铁

(4) 铁磁质的磁化状态与铁磁质此前的磁化历史有关

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12.3.2 磁畴 磁畴中分子磁矩自发地磁化达到饱和状态

B0

无 B0 —— 整个铁磁质的总磁矩为零(未经磁化的铁磁质)

有 B0

磁化方向与 B0 同向的磁畴扩大 磁化方向转向 B0 的方向使磁场大大增强

磁畴的磁 化方向

当外场撤去，被磁化的铁磁质受体内杂质和内应力的阻碍， 并不能恢复磁化前的状态。

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12.3.2 磁屏蔽

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