12.3.1 铁磁质的特点
1. 相对磁导率r >>1：一般可达102－104, 最高可达106. 2. 非线性： B和H呈非线性关系, 单值关系, 非恒量.
3. 磁滞现象：B的变化落后于H的变化.
4. 存在居里点：临界温度时, 失去铁磁性成为顺磁质.
铁：Tc=1040K 镍：Tc=631K
B
B~H
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12.1.2 分子磁矩和分子附加磁矩
原子中电子的轨道磁矩
Pl
电子的自旋磁矩
Ps
e
S
m
e 2m
L
电子自旋磁矩
与轨道磁矩有
相同的数量级
1. 分子磁矩 —— 所有电子磁矩的总和 Pm Pmi
顺磁质 抗磁质
i
Pm 0 无外场作用时,由于热运动,对外不显磁性
Pm 0 无外场作用时,对外也不显磁性
说明
——磁化电流
(1) 介质中磁场由传导电流和磁化电流共同产生. (2) 磁化电流是分子内电荷运动一段段接合而成, 不同于传导
电流的电荷定向运动, 又称束缚电流, 其磁效应与传导电 流相当, 但不产生热效应.
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磁介质中的恒定磁场
可证明:
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Is LM dl
磁介质中的恒定磁场
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磁介质中的恒定磁场
B0
Pm
o
r
e
f
Pm
v
Pm
Pm
o
f
r B0
e
12.1.3 顺磁质和抗磁质的磁化
1. 顺磁质磁化
将顺磁质放入外场 B0
分子环流在外场作用
磁介质中的恒定磁场 B0
B1'
下，产生取向转动， 磁矩
将转向外场方向 ——宏观上产生附加磁场 B1' .
在外场作用下，分子磁矩要转向，同时每个分 子中的所有电子也都产生附加磁矩Pm
r ~ H
o
H
磁介质中的恒定磁场
12.3.2 铁磁质的起始磁化曲线 磁滞回线
实验：铁磁质芯的螺线管，通以电流 I. H nI
改变 I，测量 H 值和 B 值，画出B—H曲线.
B
Br
a
b
-Hs
Hc
cO
f Hs H
Oa：起始磁化曲线
Hs：饱和磁场强度 Br：剩余磁感应强度 Hc：矫顽力
e 磁滞现象：
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磁介质中的恒定磁场
例：一无限长载流直导线，其外包围一层磁介质，相
对磁导率 r 1
I
求：磁介质中的磁场强度和磁感应强度.
R1
解：根据磁介质中的安培环路定理
LH dl H 2r I
R2
r
H I / 2r
B
0r H
0r
I 2r
r H
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12.3 铁磁质
磁介质中的恒定磁场
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讨论
磁介质中的恒定磁场
对于各向同性磁介质，在外磁场不太强的情况下：
由
M
H
H
B
M
M mH
m —— 介质的磁化率
0
B 0 (H M ) 0 (1m )H 0r H
r 1 m 介质相对磁导率 0r 介质磁导率
H
LH dl I 0
B H
在真空中： M 0 r 1 B 0H
则磁介质产 生附 加磁场:
B B1 B2 B1' B' B1'
与外场方向相同
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2. 抗磁质磁化
磁介质中的恒定磁场
在外场作用下，每个分子中的所有电子都产生附
加磁矩
Pm
则磁介质产生附加磁场:
B' B'
与外场方向相反
12.1.4 磁化强度矢量与磁化电流
1. 磁化强度 ——反映磁化程度强弱的物理量.
Pm 0, Pm 0
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Pm 0, Pm 0
2. 分子附加磁矩
当外场方向与分子磁矩方向相同时
f
Pm (Pm )
电子轨道半径不变
当外场方向与分子磁矩方向相反时
f
Pm (Pm )
结论
动 总 与，是外从与场在而外反外形场向场成方的作向附用附加下加B磁，磁0 场电矩相子反BP产，m' .生，即附附产加加生的磁一转矩个
d
磁感应强度B变化跟不上磁场强度H的变化.
磁滞损耗：
材料热效应大小与磁滞回线面积成正比.
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铁磁材料按磁滞回线分类
B
B
磁介质中的恒定磁场 B
O
H
O
H
O
H
软磁材料
磁滞损耗小, 容易磁化,容易退 磁,适用于交变磁 场. 如制造电机, 变压器等的铁芯
12.2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理
12.2.1
磁介质中的高斯定理
B B0 B'
磁介质存在时，磁感应线仍是一系列无头无尾
的闭合曲线.
对于任意闭合曲面S
B dS
S
S B0 dS
B'dS
S
0
SB dS 0
——磁介质中的高斯定理
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磁介质中的恒定磁场
12.2.2 磁介质中的安培环路定理
E E0
磁介质放入外场 B0
B B0 r —— 相对磁导率
r 反映磁介质对原磁场的影响程度
如：真空螺线管的磁场： B0 0nI
则，介质螺线管的磁场： B rB0 0rnI
令
0r
——磁导率
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磁介质中的恒定磁场
2. 磁介质的分类
抗磁质 r 1
弱 B B0 减弱原场 磁
磁介质中的恒定磁场
第12章 磁介质中的恒定磁场
内容提要
12.1 磁介质及其磁化 12.2 磁介质中的高斯定理和安培环路定理 12.3 铁磁质
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12.1 磁介质及其磁化
磁介质中的恒定磁场
12.1.1 磁介质及其分类
1. 电磁介介质质放—入—外任场何E实0 物都是E 磁 E介0质 E'
如 锌、铜、水银、铅等源自性顺磁质 r 1B B0 增强原场
如 锰、铬、铂、氧等
物 质
顺磁质和抗磁质的相对磁导率都非常接近于1.
铁磁质 r 1 (102 ~ 104 ) 通常不是常数
具有显著的增强原磁场的性质 ——强磁性物质
超导材料
r = 0 B=0 完全抗磁性
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磁介质中的恒定磁场
a
B dl L
0
Ii 0( I0
IS) d
b IS c顺
用磁化强度描述磁化电流项
I0
磁 质
Bdl
L
0
( B 0M )
L
0
I0
dl
0
M
L
I0
dl 定义磁场强度
H
B
M
0
LH dl I0 ——磁介质的安培环路定理
表明：
磁介质内磁场强度H沿任一闭合回路的环流, 等 于闭合回路所包围并穿过的传导电流的代数和.
定义：磁化强度为单位体积内分子磁矩的矢量和.
M
lim
Pm Pm
单位：安培·米-1
V0
V
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2. 磁化电流
以无限长螺线管为例
B0
在磁介质内部的任一小区域：
磁介质中的恒定磁场
I0
顺
磁
质
相邻的分子环流的方向相反 在磁介质表面处各点：
IS
分子环流未被抵消
形成沿表面流动的面电流 IS
I0