1、 第六章第六章磁介質磁介質本章目錄本章目錄6.1 6.1 磁介質分子電流理論磁介質分子電流理論6.2 6.2 磁介質特性分析磁介質特性分析6.3 6.3 磁場邊界條件與磁能磁場邊界條件與磁能6.1 6.1 磁介質分子電流理論磁介質分子電流理論000000順磁質：介質內，B 與B 同向，BB （絕大多數物質）弱磁質抗磁質：介質內，B 與B 反向，BB （如Cu、Ag、Ar等）強磁質鐵磁質：介質內，B 與B 同向，BBFeCoNi（如、等）ImpmI0limiiVmMV 二二、環路定理及、環路定理及“高斯定律高斯定律” 前面，我們介紹了真空中的環路定理及高斯定理。在有磁介質存在時，這兩個定理仍然成

2、立，只是對相應的物理量有新的理解。 環路定理：環路定理：其中，oB dlIo()oB dlII （不便使用）0BBB 表示外磁場與附加磁場矢量和；oIII 表示傳導電流與磁化電流代數和。o1oB dlIIM dlIoBHM磁場強度矢量，簡令稱磁場矢量。01oB dlIM dl ()ooBMdlI oH dlI 有磁介質時的磁則 場環路定理。eHO的單位：SI中，A/m；Gauss單位制，奧斯特3101/4OeA m()oBHM這一關系經常寫作：各物理量的關系：o(1)mBHmHMMH與 的關系： o()BHMmm 磁介質的磁化率，無量綱，對于弱磁質，只與介質有關。1rm 磁介質令 的相對磁導率

3、or 令磁介質的，簡稱絕對磁導率磁導率。orBH BH對于真空：or1 叫真空磁導率，相當于真空的oBH 0M 0HBIH 環路定理與 成正比，且同向 應用環路定理解題方法：BHHB 高斯定理：高斯定理：=0SB dSB是總磁感應強度矢量，包括外磁場與附加磁場。三三、應用舉例、應用舉例123小結：（1）以順磁質為例，介紹了磁介質的磁化理論分子電流理論。（2）磁介質存在時的環路定理及高斯定律。（3） 其中最重要的是環路定理：oIl dHrmjIMH物理概念：磁化電流密度： ，磁化電流：磁化強度矢量：，磁場強度矢量：相對磁導率： ，絕對磁導率：磁化率：還有各物理量之間的相互關系。6.26.2磁介質

4、特性分析磁介質特性分析 本節先簡介磁介質的一般特性，然后從微觀角度介紹順磁效應和抗磁效應，最后介紹應用十分廣泛的鐵磁質的磁化規律。一、一、一般一般特性特性順磁質mH與關系r相對磁導率抗磁質鐵磁質m磁化率MH與方向關系m與溫度的關系01012610101相同相反相同無關無關有關無關mTmT二二、抗磁質的磁化、抗磁質的磁化對抗磁介質來說，無外磁場時，各電子的磁矩矢量和為 0，即分子磁矩 ,分子不顯磁性。0m Lf核f0Bei ivBmLfff電心產生反向電子附加磁矩m0BB與反 向i i 2fmr電Lfff電心產生反向電子附加磁矩mi iLf核f0Bei ivBm0BB與反 向三、鐵磁質的特性三、

5、鐵磁質的特性.a.b.c.MHosH.HabcdoMSRMMoabcMH，叫起。因飽和為的變磁化強化落后度剩余磁化強度始磁化，所以叫曲線磁滯現象。.c.Habcdeof.c.HabcdeoMMCH 。ce退矯頑力磁曲線。SM反向飽和磁化強度。05 10 1520Acefgc飽和磁滯回線。csr.crM.MHabcdefgo如果M未達到飽和，就使H減小，就會形成另一條磁滯回線，這樣的磁滯回線有很多，將頂點連接而成的曲線叫標準磁化曲線。由此可見，M與H的關系不是線性的，而且也不是單值的。即磁化率與H有關，與磁化歷史有關。退磁方法（略）(1)(1)軟磁材料軟磁材料特點：矯頑力小，磁滯回線窄。應用：變

6、壓器的鐵芯。高頻：鐵氧體（復合材料，是一種 非金屬復合材料)。中頻變壓 器、天線。低頻：硅鋼片、純鐵。(2)硬磁材料特點：矯頑力大，磁滯回線寬。應用：作永久磁鐵，永磁喇叭；電動機定子。MM硬磁性材料如釹鐵硼合金、碳鋼、鋁鎳鈷合金和鋁鋼等。(3)矩磁材料特點：剩余磁化強度大，接近飽和磁化強度，矯頑力小，磁滯回線接近于矩形。MHo應用：磁性存儲器。 鐵磁質反復磁化，分子運動加劇，溫度升高，因此放出熱量，損失能量，叫磁滯損磁滯損耗耗與磁滯回線圍成的面積成正比。四四、磁疇、磁疇 磁疇理論是用量子理論從微觀上說明鐵磁質的磁化機理。 從原子結構來看，鐵原子的最外層有兩個電子，會因電子自旋而產生相互作用。這

7、一相互作用的結果使得許多鐵原子的電子自旋磁矩在許多小的區域內整齊地排列起來，形成一個個微小的自發磁化區，稱為磁疇，相鄰的不同區域之間原子磁矩排列的方向不同。在無外磁場時，各磁疇的排列是不規則的，各磁疇的磁化方向不同，產生的磁效應相互抵消，整個鐵磁質不呈現磁性。 當鐵磁質處于外磁場中時，那些自發磁化方向和外磁場方向成小角度的磁疇其體積隨著外加磁場的增大而擴大并使磁疇的磁化方向進一步轉向外磁場方向。另一些自發磁化方向和外磁場方向成大角度的磁疇其體積則逐漸縮小。這就使得與外磁場方向接近一致的總磁矩得到增加，對外表現出磁化。磁化過程可改變介質中晶格間距，因而會改變介質的體積，此為磁致伸縮磁致伸縮。 取

8、消外場時，各磁疇邊界未能完全恢復，故保留一定磁性，即有剩余磁化強度存在。 當鐵磁質的溫度升高到某一溫度時，分子熱運動使磁疇消失，由鐵磁質變為順磁質，該溫度叫做居里點居里點。當溫度低于居里點時，又出現磁疇，由順磁質轉變為鐵磁質。6.36.3磁場邊界條件與磁能磁場邊界條件與磁能 在兩種磁介質的分界面上，不論磁感矢量還是磁場矢量穿過分界面時要發生變化，它們要滿足確定的關系式，這些關系式稱為磁場的邊界條件。 本節除了介紹磁場邊界條件外，還介紹磁場能量的計算方法。一、邊界條件一、邊界條件（1 1）磁感矢量的）磁感矢量的法向法向分量連續。分量連續。 即： 或：（2 2）如邊界如邊界上不上不存在傳導電流，則

9、存在傳導電流，則磁場強度磁場強度的切向的切向分量連續。分量連續。 即： 或： 證明如下：12ttHH2n1nBB1122coscosBB121B2B1H2H121122sinsinHH Gauss定理： 因為高度無限小，只考慮 上下兩面的積分。n122B1B2nB1nBSh2n1nBB0SdB002121SnBSnBdSBdSBdSB) (121n2nB nBnBB即：， 或 22tHln1H1tHh12H0l dH12ttHH1122cos()cos()022HH1122sinsin0HH12ttHH12 用類似的方法，可以證明：（1）如果兩種電介質的分界面上沒有自由）如果兩種電介質的分界面

10、上沒有自由電荷，則電位移矢量的法向分量連續。電荷，則電位移矢量的法向分量連續。即：（2）如果兩種）如果兩種電介質的分電介質的分界面處沒有變化界面處沒有變化的磁場，則電場強度矢量的切向的磁場，則電場強度矢量的切向分量分量連續。連續。即： 電場的邊界條件電場的邊界條件。12ttEE1n2nDD二二、磁場折射定律、磁場折射定律磁場的邊界條件：折射定律：折射定律：在兩種磁介質的分界面上，磁場與分界面法線夾角的正切之比，等于分界面兩側磁介質的磁導率之比。1B2B12121122coscosBB1122sinsinHH121212HHtgtgBB121221tgHBtgB HBH由 得：1122tgtg三

11、三、磁屏蔽、磁屏蔽 若用鐵磁質（例如熟鐵）圍成一個封閉的空腔，由于鐵磁質的磁導率很高，因此具有匯聚磁力線的作用，因此空腔外面的磁力線難于穿過腔壁進入腔內，使腔內免受腔外磁場的影響，反過來，若空腔內存在磁場，那么磁力線也不易穿出腔壁，因而腔外空間免受腔內磁場的影響，這就是磁屏蔽。 靜電屏蔽可以達到理想的效果，但磁屏蔽效果較差。為了提高屏蔽效果，經常采用多層屏蔽的方式。三、磁場能量三、磁場能量=2NBSRnBSnBV 另一方面： 自感儲能： 由于細螺繞環的磁場全部集中在管內，而且管內磁場強度、磁感應強度的大小是均勻的，所以單位體積磁場的能量為： 磁場能量密度磁場能量密度 這一結論由特例得到，但適合

12、于任意磁場。 普遍表達式： 磁場能量：LILIBnV 2111222LWLIBnVIBHV12mBH12mB H12mmVVWdVB HdV 從磁場儲能的角度理解兩個載流線圈儲存的磁場能量：設線圈1產生的磁場為 ，線圈2產生的磁場為 ，則：11BH、12mmVVWdVB HdV22BH、11121+2VBBHHdV（） （）11221122VVB H dVBH dV12211122VVB H dVBH dV自感儲能互感儲能 自感儲能總是自感儲能總是正的；互感儲正的；互感儲能可正可負。能可正可負。122IH dlIrHIHr， ， 22m111()2222IBHBHHr 與上一章結論相同。2mmWdVdVrdrll （選長度為 的一段）2m12WLI另一方面：2122211()2ln224RmRRIWrldrI lrR21ln2RlLR則 201ln2RLR單位長度自感： （2）此時，除導體間存在相同的磁場，具有相同能量外，內導體內部也有磁場分布。故磁場能量應加上這一部分。222211IrH dlrI