第 14章 磁介质一、磁介质
1,定义极化：
0E
E EEE
0
0B
磁化,B BBB
0
§ 14.1 磁介质 磁化强度处于磁场中的物质与磁场发生相互作用，
这种作用称为磁化。
能够被磁化的物质称为磁介质。
附加磁场原磁场
N SB'
B0
2,分类
（ 1）弱磁性物质,B? 很小
① 顺磁质：
与 同向B
0B
② 抗磁质：
如水银，铜，银等
（ 2）强磁性物质：
如氧，锰，铬等BBB
0
BBB 0
与 反向B
0B
且同向0BB
00 BBBB
0B?
0B?
如铁，钴，镍等二、顺、抗磁质的磁化机理
1,物质的微观结构电子磁矩电子p
分子磁矩
电子pp
m
分子层次,各电子电流对外产生的磁效应的总和，等价于一圆电流,称为 分子电流。
微观层次,绕核运动的电子形成 电子电流
mp
顺磁质,0
m?p
抗磁质,0
m?p
无外磁场时：
:V? 0m p?
无磁性有外磁场时：
电子p
Δ
0Bef m
v
在外磁场作用下，电子除具有原来的磁矩外，还产生一和 反向的附加磁矩 。 电子
p?
0B
电子p
Δ
ISp?电子 eS
Rπ2
v?
0B
电子p
R
m
2v
me fff向
2,抗磁质的磁化分子附加磁矩,
电子pp
m 与 反向0B
3,顺磁质的磁化 0
m?p
mmΔ pp 可忽略
B B
0BB? 0BB?
V
p
M
m
单位体积内所有分子磁矩的矢量和三、磁化强度 M?
定义：
顺磁质,同向与
0BM
抗磁质：
V
p
M
m
反向与 0BM
均匀磁化 — 是常矢量M?
物理含义 —描述物质磁化的程度四、磁化电流
1,形成原因
B
（ 1）介质内各分子电流相互抵消
（ 2）介质表面各分子电流相互叠加一层面电流 —磁化电流（ 束缚电流）
B
二者电流方向相反磁介质表面单位长度流过的磁化电流
LjI SIp
m
LSj
LS
LSj j
2,磁化强度与磁化电流的关系
j 面磁化电流密度
L
0B
M?
nMj一般情况,外法线单位矢量
V
p
M m
内l
I
0B
M?
a
cd
b
l lM d dacd lMlM dd
Ml?
bcab lMlM dd
lj
内ll
IlM
d
000
沿任一闭合路径的线积分等于穿过此闭合路径的磁化电流。
M?
一、有磁介质时的安培环路定理
§ 14.2 磁介质中的安培环路定理无介质时,
内LL
IlB 000 d?
有介质时,BBB
0
)( 00
内内 LL
IIL lB d
L
L
lMI
d000
内
内LL
IlMB 000 d)(
内L
L
IlMB 0
0
d)(
内LL
IlM
d
MBH
0?
内LL
IldH 0
磁介质中的安培环路定理的关系：、与）（ MBH2
磁场强度定义说明 （ 1） 是一辅助物理量，描述磁场的基本物理量仍然是 。
H?
B?
对任何磁介质都成立
m? —磁化率各向同性弱磁质：
MBH
0?
HM m
0m
MBH
0?
HB
m
0
HB )1( m0 令,m1r
H?r0 令,r0
相对磁导率抗磁质：
顺磁质：
01r
真空中：
m? —磁化率各向同性弱磁质,HM m
0rm 10
1?r?
HB 0
磁导率
HB HM )1( r MB
1r?
二、解决有磁介质时对称性问题的步骤
0d IlHL B?
BM
1r
M?j?
I? B
HB
HM )1( r
lMj
H?
例,无限长螺线管，单位长度线圈匝数为 n，通以电流 I，管内充有相对磁导率为 的各向同性的均匀介质，求介质中的 。HB,r
解：
内LL
IlH
d abab n I lHl
HB
r?
a b
c d
B?
nI nIr0
真空中,HB
0 nI0
nIH?
r
0
B
B
例,一长直单芯电缆的芯是一根半径为 R的金属导体,它和导电外壁间充满相对磁导率为?r的均匀介质 。 今有电流 I均匀流过芯的横截面并沿半径为 R?的外壁均匀流回 。
求,(1)空间的磁感强度分布
(2)磁化强度的分布 。 L
r
I?
r
I I
解,MBH,,：轴对称
L lH d 0IrHπ2? r
I
H
π2
0
0 <r <R：
0?M
II 0 rIH π2?
r>R?,0
0I 0?H
r
IM
π2
)1( r
0?B 0?M
：RrR
L
r
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r
I I
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2
0 π
π
R
rII
2π2 R
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2
r0
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IrB
r
IB
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L lH d 0IrHπ2? r
I
H
π2
0
§ 14.3 铁磁质一、铁磁质的特性
1,在外磁场作用下能产生很强的附加磁场；
4,存在一个临界温度（居里点），超过居里点，铁磁质失去磁性变为顺磁质。
r =102~104
0BB
3,外磁场停止作用后，仍保留部分磁性；
剩磁不是线性关系
2,不是恒量，与 H及磁化过程有关；mr,,
HB 磁滞现象
I 磁通计
HB ~二、铁磁质的磁化规律实验电路：
NIrH?π2
nIIrNH π2
1,起始磁化曲线 非线性
B
H
Bs
H
r?
Hs
Bs
Br
-Hs
Hs-Hc Hc
Br – 剩磁
Hc– 矫顽力
2,磁滞回线
B的变化总是落后 H的变化，称为磁滞现象。
B
HO
b
f
e
a
d
c
-Bs
-Br
磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗越大。
三、磁化机理
1,磁畴磁畴理论体积,10-8 m3
含原子数,1017～ 1021个铁磁质内部自发磁化的小区域，区域内所有分子的磁矩沿同一方向整齐排列。
无外磁场,不显磁性
2,H去掉，磁畴不会复原，故有剩磁。
3,高温和振动可以去磁。
有外磁场,（ 1）畴壁扩充
（ 2）磁畴转向
H
饱和
1,软磁材料 特点：
(1) 磁滞回路细而窄，
损耗小。
(3) Hc很小，易退磁
(2)?r很大，易磁化用途：工作在交变磁场。
2,硬磁材料 特点,(1) 磁滞回路宽而粗，
损耗大。
(2) Br很大。
(3) Hc大，不易退磁。
三、铁磁质的分类用途：永久磁铁。
退磁方法
1.加热法铁磁质的温度升高到某一温度，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，该温度为居里温度 tc。当温度低于 tc 时，又由顺磁质转变为铁磁质。
铁的居里温度 tc = 770℃
30%的坡莫合金居里温度 tc = 70℃
原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了磁畴转向的能量，破坏磁畴的整齐排列，使铁磁质失去磁性。
2.敲击法通过振动可提供磁畴转向的能量，破坏磁畴的整齐排列，使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。
3.加反向磁场加反向磁场，提供一个矫顽力 Hc,使铁磁质退磁。
4.加交变衰减的磁场使介质中的磁场幅度逐渐衰减为 0,应用在录音机中的交流抹音磁头中 。
1,定义极化：
0E
E EEE
0
0B
磁化,B BBB
0
§ 14.1 磁介质 磁化强度处于磁场中的物质与磁场发生相互作用，
这种作用称为磁化。
能够被磁化的物质称为磁介质。
附加磁场原磁场
N SB'
B0
2,分类
（ 1）弱磁性物质,B? 很小
① 顺磁质：
与 同向B
0B
② 抗磁质：
如水银，铜，银等
（ 2）强磁性物质：
如氧，锰，铬等BBB
0
BBB 0
与 反向B
0B
且同向0BB
00 BBBB
0B?
0B?
如铁，钴，镍等二、顺、抗磁质的磁化机理
1,物质的微观结构电子磁矩电子p
分子磁矩
电子pp
m
分子层次,各电子电流对外产生的磁效应的总和，等价于一圆电流,称为 分子电流。
微观层次,绕核运动的电子形成 电子电流
mp
顺磁质,0
m?p
抗磁质,0
m?p
无外磁场时：
:V? 0m p?
无磁性有外磁场时：
电子p
Δ
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v
在外磁场作用下，电子除具有原来的磁矩外，还产生一和 反向的附加磁矩 。 电子
p?
0B
电子p
Δ
ISp?电子 eS
Rπ2
v?
0B
电子p
R
m
2v
me fff向
2,抗磁质的磁化分子附加磁矩,
电子pp
m 与 反向0B
3,顺磁质的磁化 0
m?p
mmΔ pp 可忽略
B B
0BB? 0BB?
V
p
M
m
单位体积内所有分子磁矩的矢量和三、磁化强度 M?
定义：
顺磁质,同向与
0BM
抗磁质：
V
p
M
m
反向与 0BM
均匀磁化 — 是常矢量M?
物理含义 —描述物质磁化的程度四、磁化电流
1,形成原因
B
（ 1）介质内各分子电流相互抵消
（ 2）介质表面各分子电流相互叠加一层面电流 —磁化电流（ 束缚电流）
B
二者电流方向相反磁介质表面单位长度流过的磁化电流
LjI SIp
m
LSj
LS
LSj j
2,磁化强度与磁化电流的关系
j 面磁化电流密度
L
0B
M?
nMj一般情况,外法线单位矢量
V
p
M m
内l
I
0B
M?
a
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b
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沿任一闭合路径的线积分等于穿过此闭合路径的磁化电流。
M?
一、有磁介质时的安培环路定理
§ 14.2 磁介质中的安培环路定理无介质时,
内LL
IlB 000 d?
有介质时,BBB
0
)( 00
内内 LL
IIL lB d
L
L
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磁介质中的安培环路定理的关系：、与）（ MBH2
磁场强度定义说明 （ 1） 是一辅助物理量，描述磁场的基本物理量仍然是 。
H?
B?
对任何磁介质都成立
m? —磁化率各向同性弱磁质：
MBH
0?
HM m
0m
MBH
0?
HB
m
0
HB )1( m0 令,m1r
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相对磁导率抗磁质：
顺磁质：
01r
真空中：
m? —磁化率各向同性弱磁质,HM m
0rm 10
1?r?
HB 0
磁导率
HB HM )1( r MB
1r?
二、解决有磁介质时对称性问题的步骤
0d IlHL B?
BM
1r
M?j?
I? B
HB
HM )1( r
lMj
H?
例,无限长螺线管，单位长度线圈匝数为 n，通以电流 I，管内充有相对磁导率为 的各向同性的均匀介质，求介质中的 。HB,r
解：
内LL
IlH
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真空中,HB
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例,一长直单芯电缆的芯是一根半径为 R的金属导体,它和导电外壁间充满相对磁导率为?r的均匀介质 。 今有电流 I均匀流过芯的横截面并沿半径为 R?的外壁均匀流回 。
求,(1)空间的磁感强度分布
(2)磁化强度的分布 。 L
r
I?
r
I I
解,MBH,,：轴对称
L lH d 0IrHπ2? r
I
H
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0
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r0
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I
H
π2
0
§ 14.3 铁磁质一、铁磁质的特性
1,在外磁场作用下能产生很强的附加磁场；
4,存在一个临界温度（居里点），超过居里点，铁磁质失去磁性变为顺磁质。
r =102~104
0BB
3,外磁场停止作用后，仍保留部分磁性；
剩磁不是线性关系
2,不是恒量，与 H及磁化过程有关；mr,,
HB 磁滞现象
I 磁通计
HB ~二、铁磁质的磁化规律实验电路：
NIrH?π2
nIIrNH π2
1,起始磁化曲线 非线性
B
H
Bs
H
r?
Hs
Bs
Br
-Hs
Hs-Hc Hc
Br – 剩磁
Hc– 矫顽力
2,磁滞回线
B的变化总是落后 H的变化，称为磁滞现象。
B
HO
b
f
e
a
d
c
-Bs
-Br
磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗越大。
三、磁化机理
1,磁畴磁畴理论体积,10-8 m3
含原子数,1017～ 1021个铁磁质内部自发磁化的小区域，区域内所有分子的磁矩沿同一方向整齐排列。
无外磁场,不显磁性
2,H去掉，磁畴不会复原，故有剩磁。
3,高温和振动可以去磁。
有外磁场,（ 1）畴壁扩充
（ 2）磁畴转向
H
饱和
1,软磁材料 特点：
(1) 磁滞回路细而窄，
损耗小。
(3) Hc很小，易退磁
(2)?r很大，易磁化用途：工作在交变磁场。
2,硬磁材料 特点,(1) 磁滞回路宽而粗，
损耗大。
(2) Br很大。
(3) Hc大，不易退磁。
三、铁磁质的分类用途：永久磁铁。
退磁方法
1.加热法铁磁质的温度升高到某一温度，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，该温度为居里温度 tc。当温度低于 tc 时，又由顺磁质转变为铁磁质。
铁的居里温度 tc = 770℃
30%的坡莫合金居里温度 tc = 70℃
原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了磁畴转向的能量，破坏磁畴的整齐排列，使铁磁质失去磁性。
2.敲击法通过振动可提供磁畴转向的能量，破坏磁畴的整齐排列，使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。
3.加反向磁场加反向磁场，提供一个矫顽力 Hc,使铁磁质退磁。
4.加交变衰减的磁场使介质中的磁场幅度逐渐衰减为 0,应用在录音机中的交流抹音磁头中 。
