大学物理-130.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大学物理 第三次修订本,第7章 恒定电流的磁场,7.7,磁 介 质,一、,磁介质分类,磁介质分成三类:,顺磁质、抗磁质,和,铁磁质,。,磁感应强度,磁化后磁介质产生附加磁场,对原磁场产生影响。,放入磁场中能够显示磁性，并,影响原磁场物质，称为磁介质。,磁介质,1,1/25,顺磁质,（铝、氧、锰等）,弱磁质,铁磁质,（铁、钴、镍等）,强磁性物质,抗磁质,（铜、铋、氢等）,弱磁质,2,2/25,电介质放入外电场中,相对介电常数,磁介质放入外磁场中,相对磁导率,反应磁介质性质。,或,3,3/25,1.分子电流与分子磁矩,组成物质分子或原子中,每个电子绕原子核作轨道运动,含有,轨道磁矩,；电子本身还有自旋,含有,自旋磁矩,。,二、顺磁性和抗磁性微观解释,i,o,分子电流,分子中全部电子各种磁矩总和组成固有磁矩：,固有磁矩能够看成由一个等效圆形分子电流,i,产生。,4,4/25,抗磁质各电子磁矩总和 ,对外不显磁性。,顺磁质,各电子磁矩总和 ，因为热运动，分子磁矩取向杂乱，对外不显磁性。,2.无外磁场作用时抗磁质与顺磁质,时,顺磁质,5,5/25,3.有外磁场作用时顺磁质,分子固有磁矩受力矩作用,趋于外磁场方向排列。但因为分子热运动影响,各分子固有磁矩取向不可能完全整齐,外磁场越强,排列越整齐。,因为这种取向排列使原磁场得到加强,但这种加强很小。,有外磁场,6,6/25,分子固有磁矩为零,但在外磁场作用下产生附加磁矩。,I,原子核,电子,电子轨道磁矩与外磁场方向相同,当原子中电子在库仑力作用下以速度 绕原子核作顺时针作圆周运动时,形成电子轨道运动,磁矩 。,4.有外磁场作用时抗磁质,7,7/25,向心力减小,则 减小,轨道,磁矩,变小,等效为在 轨道,磁矩 上叠加一个反方向附加磁矩 。,与 方向相反,减弱外磁场。,I,原子核,电子,电子轨道磁矩与外磁场方向相同,电子受到洛仑兹力作用,与库仑力 相反,背离,原子核。,8,8/25,I,电子轨道磁矩与外磁场方向相反,电子受到洛仑兹力 与库仑力 方向相同,在向心力增大情况下,要维持轨道半径不变,必定引发电子轨道运动速度增大,以致引发,磁矩增加,即,在轨道,磁矩上叠加一个同方向附加磁矩。,与 方向相反,减弱外磁场。,当电子作逆时针转动时,9,9/25,三、磁介质中安培环路定理 磁场强度,1.磁介质磁化 束缚电流,磁介质磁化后,顺磁质分子固有磁矩沿着磁场方向排列,产生与原磁场方向相同附加磁场。抗磁质产生与原磁场方向相反附加磁场。分子电流呈有规则排列在磁介质内部,宏观上将在磁介质表面形成电流。,抗磁质,顺,磁质,10,10/25,抗,磁,质,顺,磁,质,束缚电流,束缚电流,L,宏观上组成沿介质表面等效环形电流,称为表面束缚电流或磁化电流。,11,11/25,2.磁介质中安培环路定理 磁场强度,(1)有介质时高斯定理,束缚电流在激发磁场方面与传导电流等效,激发磁场都是涡旋场,存在介质磁场中高斯定理依然成立:,在真空中,为外磁场;,在磁介质中,是外磁场与束缚电流产生附加磁场合磁场。,12,12/25,在密绕长直螺线管中,充满磁介质,线圈中电流为,I,。取闭合回路,ABCDA,求此闭合回路磁场环流。,A,D,C,B,L,闭合回路所包围电流,包含传导电流,I,和束缚电流,I,S,两项：,(2)有介质时,安培环路定理,13,13/25,另外,两式相比,代入式子,得,令,称为,磁导率,。,或,14,14/25,则,或,令,则,为磁场强度。,将,NI,写成,15,15/25,沿任一闭合路径磁场强度环流等于该闭合路径所包围自由电流代数和。,磁介质,中,安培环路,定理,因为,H,环流仅与传导电流,I,相关,而与介质无关，所以在有磁介质空间，能够用介质中安培环路定理 来求磁场强度矢量,H,然后用,H,与,B,关系,求出空间磁感应强度分布。,16,16/25,例1,长直螺旋管内充满均匀磁介质 ,设励磁电流 ,单位长度上匝数为,n,。,求:,管内磁感应强度。,解:,因管外磁场为零,取,安培回路,L,l,为,ab,长度。,.,l,17,17/25,例2,长直单芯电缆芯是一根半径为,R,1,金属导体,它与外壁,R,2,之间充满均匀磁介质,电流从芯流过再沿外壁流回。,求:,介质中磁场分布。,（,R,1,rR,2,),沿圆切线方向。,解：,取安培回路,18,18/25,四、铁磁质,铁磁质是另一类磁介质,在电器设备中放置铁磁质,能够增加磁场。,铁磁性主要起源于电子自旋磁矩。原子间电子相互耦合作用很强,促使其自旋磁矩平行排列形成磁畴。,在无外磁场作用下磁畴取向平均抵消,能量最低,不显磁性。,无外磁场,1.磁畴,19,19/25,外磁场较弱时,自发磁化方向与外磁场方向相同或相近磁畴逐步增大,外磁场较强时,磁畴自发磁化方向作为一个整体,不一样程度地转向外磁场方向。,有外磁场,当全部磁畴都沿外磁场方向时,铁磁质磁化就到达饱和状态，该值很大,这就是铁磁质磁性,大原因。,磁畴改变可用金相显微镜观察。,20,20/25,2.磁化曲线,200 400 600 800 1000,H,/(Am,-1,),B,/10,-4,T,B=f,(,H,),顺磁质,B,-,H,曲线,5,10,15,0,21,21/25,当外磁场由,+,H,m,逐步减小时,B,改变落后于,H,改变现象,叫做,磁滞现象,简称,磁滞,。,因为磁滞,H,=0,时,磁感强度,B,0,B,r,叫做剩下磁感强度(,剩磁,),H,c,称为,矫顽力,。,3.铁磁质磁滞回线,O,磁滞回线,22,22/25,4.铁磁性材料,O,软磁材料,O,硬磁材料,O,矩磁铁氧体材料,不一样铁磁性物质磁滞回线形状相差很大。,23,23/25,放在匀强磁场中铁质球壳截面(球壳要有一定厚度),因为空气磁导率,靠近于1,而铁壳磁导率最少有几千,所以空腔磁阻比铁壳壁磁阻大得多.所以,外磁场磁通量绝大部分将沿着铁质球壳壁内“经过”,极少部分“进入”球内空间。磁屏蔽。,把磁导率不一样两种磁介质放到磁场中,在它们交界面上磁场要发生突变,引发了磁感应线折射。,5.磁屏蔽,24,24/25,磁屏蔽示意图,铁磁性物质,空气,25,25/25,