第11章磁场中的磁介质.ppt
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1、1.磁介质磁介质 磁化强度磁化强度2.有介质时的安培环路定理有介质时的安培环路定理 磁场强度磁场强度3.铁磁质铁磁质 磁介质对磁场的影响、磁介质对磁场的影响、H H的环路定理的环路定理 抗磁质的磁化机理抗磁质的磁化机理11.1 磁介质磁介质 磁化强度磁化强度 磁介质的磁化磁介质的磁化观察铁芯对电磁感应的影响观察铁芯对电磁感应的影响使线圈中的磁通量大大增加使线圈中的磁通量大大增加实验发现实验发现:如果在载流导线周围空间不是真空,而是充:如果在载流导线周围空间不是真空,而是充满某种各向同性的磁介质,则磁感应强度增加满某种各向同性的磁介质,则磁感应强度增加 r倍倍0BBr r称为磁介质的相对磁导率称
2、为磁介质的相对磁导率(1)r 1:顺磁质,如氧、铝、钨、铂、铬等。:顺磁质,如氧、铝、钨、铂、铬等。(2)r 1:铁磁质,如铁、钴、镍等:铁磁质,如铁、钴、镍等 r=0表示表示完全抗磁性完全抗磁性,如超导体是理想的抗磁体,如超导体是理想的抗磁体 原子中的电子绕原子核以原子中的电子绕原子核以速率速率v 作半径为作半径为r的圆周运动的圆周运动演示动画:电子的轨道运动演示动画:电子的轨道运动(1 1)分子磁矩:)分子磁矩:m 原子中电子除了作绕核的原子中电子除了作绕核的轨道运动外,还有自旋,相应轨道运动外,还有自旋,相应地有地有原子核也作自旋原子核也作自旋m(2)(即通常情况下各磁(即通常情况下各磁
3、矩矢量和不为零)矩矢量和不为零)(即通常情况下各磁矩矢(即通常情况下各磁矩矢量和为零),在外磁场中会产生量和为零),在外磁场中会产生(3)磁介质磁化)磁介质磁化没有外磁场没有外磁场顺顺磁磁质质BmBmM在外磁场中在外磁场中在无外磁场时,分子磁矩排列杂乱,宏观上不在无外磁场时,分子磁矩排列杂乱,宏观上不产生磁效应,温度越高顺磁效应越弱。产生磁效应,温度越高顺磁效应越弱。分子电流观点分子电流观点分子环流分子环流一个分子相当于一个环行电流一个分子相当于一个环行电流分子磁矩分子磁矩无外磁场时,分子无外磁场时,分子环流的取向杂乱无环流的取向杂乱无章,磁矩相互抵消章,磁矩相互抵消演示动画:磁化面电流演示动
4、画:磁化面电流I0I0I/I/I/励磁电流励磁电流磁化电流磁化电流BBB00II0 在外磁场中分子磁矩将不同程度地沿外磁场在外磁场中分子磁矩将不同程度地沿外磁场方向排列起来,在宏观上呈现出附加磁场,这个附方向排列起来,在宏观上呈现出附加磁场,这个附加磁场的方向与外磁场方向相同,使介质中的磁感加磁场的方向与外磁场方向相同,使介质中的磁感应强度增加。应强度增加。顺磁场在外磁场中的磁化过程称为顺磁场在外磁场中的磁化过程称为取向磁化取向磁化。BBB0对顺磁质对顺磁质B/与与B0同向同向则磁介质中的磁场为:则磁介质中的磁场为:B=B0+B/对抗磁质,以电子轨道磁矩为例对抗磁质,以电子轨道磁矩为例 加上外
5、磁场后,电子将受到洛加上外磁场后,电子将受到洛伦兹力。简单起见,设电子轨伦兹力。简单起见,设电子轨道平面与磁场垂直。道平面与磁场垂直。(1)与与B同向时同向时 此时洛伦兹力向心,设轨道半此时洛伦兹力向心,设轨道半径不变,由洛伦兹力引起的径不变,由洛伦兹力引起的方向与方向与 0同向同向,有有=0+。可得可得值,而值,而的方向与外磁的方向与外磁场场B同向,原有的磁矩同向,原有的磁矩m0有改变有改变量为量为 m,m为附加磁矩,方为附加磁矩,方向与外磁场向与外磁场B反向反向。I(2)与与B反向时反向时此时洛伦兹力离心,设轨此时洛伦兹力离心,设轨道半径不变,由洛伦兹力道半径不变,由洛伦兹力引起的引起的方
6、向与方向与 0反向反向,有有=0-,同样分析,同样分析可得有同样的可得有同样的值,且值,且的方向仍与外磁场的方向仍与外磁场B同同向,原有的磁矩向,原有的磁矩m0的改的改变量为变量为 m,附加磁矩附加磁矩 m方向还是与外磁场方向还是与外磁场B反向反向。mIv以上只讨论以上只讨论 0与与B平行的情况,理论上可证明,当平行的情况,理论上可证明,当两者成任何角度时,两者成任何角度时,总与总与B同向,从而产生的附同向,从而产生的附加磁矩加磁矩 m总与总与B,抗磁质无固有磁矩,这是因,抗磁质无固有磁矩,这是因为其中原有的各个电子的磁矩方向无规则,相互抵为其中原有的各个电子的磁矩方向无规则,相互抵消了。外加
7、磁场后产生的附加磁矩却与消了。外加磁场后产生的附加磁矩却与B反向抗反向抗磁质的来源。磁质的来源。超导体上产生的感应电超导体上产生的感应电流的磁场完全抵消外磁流的磁场完全抵消外磁场场(1)定义:单位体积内分子磁矩的矢量和)定义:单位体积内分子磁矩的矢量和VmM分子在外磁场中在外磁场中若单位体积内的分子环流数为若单位体积内的分子环流数为n,则,则anImnM分子分子环流分子环流m分子分子I设磁介质内每个分子的电流设磁介质内每个分子的电流环一样,环的面积为环一样,环的面积为a(矢量(矢量面元为面元为 ),环电流为,环电流为I,故,故磁矩为磁矩为 (平均磁矩平均磁矩)aaIm分子11.2 磁介质中的安
8、培环路定理磁介质中的安培环路定理 磁场强度磁场强度(1)磁化电流)磁化电流Is与磁化强度与磁化强度M的关系的关系S的周界的周界线线L在周界线上任取一线在周界线上任取一线元元ld被被 穿过所有分子流穿过所有分子流有有nadlcos 个个ld每个分子环流为每个分子环流为I,故,故与与 套链的磁化电流套链的磁化电流为为Inacosdl,即为,即为ldl dMl dmnl danI分子内)LsLIl dM(设介质表面单位长度上的磁化电流(面磁化电流密度设介质表面单位长度上的磁化电流(面磁化电流密度)为)为is,则(即被矩形回路所套链的磁化电流有),则(即被矩形回路所套链的磁化电流有)lilMl dMs
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- 11 磁场 中的 介质