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1、1,2,9.1磁介质对磁场的影响,9.3 磁介质的磁化,9.4 有磁介质时磁场的规律,9.5 铁磁质,9.6 简单磁路,9.2 原子、分子的磁矩,本章目录,3,9.1 磁介质对磁场的影响,磁介质（magnetic medium）是能够影响磁场分布的物质。,传导电流 ，,介质磁化,均匀各向同性介质,有：,r 相对磁导率 （relative permeability）,长直密绕螺线管,总磁感强度,充满磁场所在空间时，,4, 弱磁质，, 顺磁质（paramagnetic substance）,如：Mn ，Al，O2，N2 , 抗磁质（diamagnetic substance）,如：Cu，Ag，Cl
2、2，H2 , 铁磁质（ferromagnetic substance）,如：Fe，Co，Ni ,磁介质的分类：,某些磁介质的相对磁导率见书 P 287 表9.1,5,9.2 原子、分子的磁矩,一 . 电子的磁矩,电子的轨道运动电流,轨道磁矩,电子轨道运动的角动量,电子轨道磁矩与轨道角动量的关系：,6,质子轨道磁矩,中子无轨道磁矩。,质子和中子都有自旋磁矩：,g 称为 g 因子，,质子g = 5.5857，,中子g = 3.8261。,整个原子核的自旋磁矩,为核的自旋角动量，,因子g由原子核决定。,由上可知，核磁矩远小于电子磁矩。,二 . 质子和中子的磁矩,三 . 原子核的磁矩,7,四 . 分子
3、磁矩和分子电流,电子轨道磁矩,电子自旋磁矩,原子核的磁矩,( molecular magnetic moment ),分子电流 i分,8,在磁场作用下，,9.3 磁介质的磁化,磁化 （magnetization）：,介质出现磁性或磁性发生变化的现象。,一. 顺磁质的磁化,顺磁质分子有固有的分子磁矩（主要是电子,m分 10-23Am2。,热运动使 完全,混乱，不显磁性。,轨道和自旋磁矩的贡献），,9,二 . 抗磁质的磁化,抗磁质的分子固有磁矩为 0。,不显磁性,显示抗磁性,为什么 反平行于 呢？,10,以电子的轨道运动为例，,第 i 个电子受的磁力矩,电子轨道角动量增量, 电子旋进，它引起的感应
4、,这种效应在顺磁质中也有，,不过与分子固有磁矩的转向效应相比弱得多。,11,1.磁化强度：,对顺磁质和抗磁质，实验表明：,2.磁化电流：,由于介质磁化而出现的一些等效,的附加电流分布。,对铁磁质，实验表明：,而且是非单值对应关系,12,介质内：,穿过L所围曲面S 的磁化电流,则套住 dl 的分子电流：,S,设分子浓度为 n，,13,介质表面：,选,磁化面电流密度,14,9.4 有磁介质时磁场的规律,考虑到磁化电流，（1）式则需要修改。,设：I0 传导电流，,I 磁化电流。,I,15,令, 磁场强度 （magnetic field intensity）,得：, H 的单位：, 真空：,A/m （
5、 SI ）；,16, 各向同性磁介质：, 磁化率 （magnetic susceptibility）, 磁导率（permeability）,令,则有,真空： = 0,17,二. 环路定理的应用举例,例1,介质中闭合回路L所套联的分子电流为：,证：,L可任取，且可无限缩小，,故 I0 = 0 处，I = 0 。,无传导电流处，也无磁化电流。,证明在各向同性均匀磁介质内，,18,电流密度为 j（沿z），,导体相对磁导率为r ，,求：,解：,且,有,例2,如图示，已知均匀载流无限大厚平板,19,板外：,对图示矩形回路 L，,板内：,有,对图示矩形回路 L，,有,20,求磁化面电流密度,上表面：,下表
6、面：,（同上表面）,思考,沿x向单位长度的磁化面电流为何不为0？,21,三 . 磁场的界面关系 静磁屏蔽,由,设界面无传导电流，,由,22,在1很大的介质1中， 线几乎平行界面，,这就是铁磁质中 线沿铁芯延续的情形。,23, 静磁屏蔽,计算表明：,屏蔽系数,精密探头、显象管都需要磁屏蔽。,24,各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致，,9.5 铁磁质（ferromagnetic substance）,一. 磁畴（magnetic domain）,从而形成自发的均匀磁化小区域 磁畴。,铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。,未加磁场,在磁场 B 中,25,各种材料磁畴线度相差较大：,磁畴体积约
7、为10-6(mm)3，,一个磁畴中约有10121015个原子。,易磁化方向由晶体结构决定。,磁畴磁矩沿某个易磁化方向(direction of easy,所有的磁畴为什么不形成一个磁化整体呢？,静磁能高 交换能低,静磁能低 交换能高,矛盾因素协调平衡，才使铁磁体整体能量最低。,magnetization)排列。,26,二 . 铁磁质的磁化规律,铁磁质 关系非线性，,也不单值，,形式上表示为,也不唯一。,1. 起始磁化曲线,由此可得到B H曲线：,27,i 起始磁导率,m 最大磁导率,巴克豪森效应（Barkhausen effect）,金相结构分析，,测晶粒度、,且是无损探测、,快捷简便。,杂质
8、分布、,应力分布，,，,BS 饱和磁感强度（saturation magnetic induction）,可用作,28,（饱和）,演示,巴克豪森效应（KD046）,29,2.磁滞回线（hysteresis loop）,B落后于H的变化，称为磁滞现象。,Br 剩余磁感强度 （remanent magnetic induction）,Hc 矫顽力（coercive force）,磁滞是由于晶体缺陷和内应力、,“磁滞损耗” （hysteresis loss）,正比于BH 回线所围的面积。,以及磁畴在外磁场减退时，,沿易磁化方向排列而造成的。,就近,30,三 . 硬磁和软磁材料,1. 硬磁材料 （ha
9、rd magnetic material）,特点：,磁滞损耗大，,适合制作永久磁铁、,Br 也大，,磁芯（记忆元件）等。,一般Hc 为104-106A/m，,一般为103-104 G。,磁滞回线“胖”，,31,“矩磁材料”,可作记忆元件,32,2. 软磁材料（soft magnetic material ）,Hc小（102A/m），,磁滞回线“瘦”，,磁滞损耗小，,适于制作交流电磁铁、变压器铁芯等。,特点：,一般约Hc 为1A/m 。,33,四.居里点（Curie point）,（自发磁化减弱）,（磁畴瓦解，表现顺磁性）,Tc是失去铁磁性的临界温度，称“居里点”。,Fe ：Tc = 767,Ni ：Tc = 357,Co ：Tc = 1117,34,五 . 磁致伸缩, 磁致伸缩。,长度相对改变约10-5量级，,温下可达10 -1；,某些材料在低,磁致伸缩有一定固有频率，,化频率和固有频率一致时，发生共振，,当外磁场变,可用于制作激振器、超声波发生器等。,35,36,l = 1m的铁芯磁阻，,所以气隙对磁路影响很大。,其磁阻相当于,第九章结束,