1、第十五章第十五章物質的磁性物質的磁性第三篇第三篇 電磁學電磁學（一）物質對磁場的影響（一）物質對磁場的影響 （二）原子的磁矩（二）原子的磁矩（三）物質的磁化（三）物質的磁化（四）（四）H矢量及其環路定理矢量及其環路定理 （五）鐵磁質（五）鐵磁質 主要內容主要內容15-1 物質對磁場的影響15-2 原子的磁矩 一、磁介質對磁場的影響一、磁介質對磁場的影響u 磁介質對磁場的影響磁介質對磁場的影響0BB0BBrr磁介質的相對磁導率磁介質的相對磁導率 BBB0 B磁介質激發的附加磁感磁介質激發的附加磁感應強度應強度u 磁介質的分類磁介質的分類錳、鉻、鉑、氮錳、鉻、鉑、氮水銀、銅、硫、氫、金、銀水銀、銅

2、、硫、氫、金、銀鐵、鎳、鈷、鐵氧體鐵、鎳、鈷、鐵氧體順磁質順磁質 抗磁質抗磁質鐵磁質鐵磁質01BB,r01BB,r01BB,r弱磁物質弱磁物質：順磁質、抗磁質順磁質、抗磁質強磁物質強磁物質：鐵磁質鐵磁質一、磁介質對磁場的影響一、磁介質對磁場的影響二、原子的磁矩二、原子的磁矩各電子磁矩各電子磁矩+-+1m2ml 分子磁矩分子磁矩+分子磁矩分子磁矩mneISm圓形軌道電流：圓形軌道電流：revvreTeI2/2222evrrrevISPl軌道磁矩：軌道磁矩：軌道角動量：軌道角動量：prLLmemvremPeeel22電子的軌道磁矩：電子的軌道磁矩：+m-二、原子的磁矩二、原子的磁矩原子中電子的軌道

3、磁矩原子中電子的軌道磁矩LmePel2電子的自旋磁矩電子的自旋磁矩SmePesiSliiPPm 所有電子磁矩的總和所有電子磁矩的總和分子磁矩分子磁矩+-lPSP二、原子的磁矩二、原子的磁矩0Bl 順磁質順磁質000m,B時BBBm,B0000時特點：存在分子固有磁矩特點：存在分子固有磁矩u 弱磁介質的磁化機制弱磁介質的磁化機制三、磁介質的磁化機制三、磁介質的磁化機制0ml 抗磁質抗磁質memL0BmemL0B反向的方向總是與0Bm磁介質中大量分子的附加磁矩在宏觀上對外磁介質中大量分子的附加磁矩在宏觀上對外顯示出與外磁場方向相反的磁效應。顯示出與外磁場方向相反的磁效應。特點：分子固有磁矩等于零。

4、特點：分子固有磁矩等于零。0m三、磁介質的磁化機制三、磁介質的磁化機制抗磁質：抗磁質：0m只有抗磁效應只有抗磁效應順磁質：順磁質：抗磁效應被順磁效應掩蓋了。抗磁效應被順磁效應掩蓋了。m大于附加磁矩大于附加磁矩m固有磁矩固有磁矩抗磁性是一切磁介質所具有的性質。抗磁性是一切磁介質所具有的性質。三、磁介質的磁化機制三、磁介質的磁化機制u 束縛電流及附加磁場束縛電流及附加磁場0BsILS0BsI順磁質順磁質0BsILS0BsI抗磁質抗磁質IS束縛電流（或磁化電流）束縛電流（或磁化電流） BBB0一、物質的磁化一、物質的磁化u 磁化強度磁化強度VmMi順磁質：順磁質：VmMi方向與方向與 同向同向0B抗

5、磁質：抗磁質： VmMi方向與方向與 反向反向0B單位：單位：A/msssijlISlSIVmMu 磁化強度與束縛電流的關系磁化強度與束縛電流的關系scdscdLIljMll dM0BsIsLIl dM磁化面電流線密度磁化面電流線密度 jS：介質表面單位長度的磁化電流。介質表面單位長度的磁化電流。0BsIlSL15-4 H矢量的安培環路定理一、一、 H矢量的安培環路定理矢量的安培環路定理u H矢量及其環路定理矢量及其環路定理順順磁磁質質0ISILl dMI000dIlMBLosLIIl dB00傳導電流傳導電流 束縛電流束縛電流定義磁場強度：定義磁場強度：MBH0單位：單位：A m-10Il

6、dHL在有物質的磁場中，沿任意閉合路徑磁場強度的線積在有物質的磁場中，沿任意閉合路徑磁場強度的線積分等于該閉合路徑所包圍的分等于該閉合路徑所包圍的自由電流的代數和自由電流的代數和。一、一、 H矢量的安培環路定理矢量的安培環路定理HMm適用各向同性磁介質適用各向同性磁介質u H、M、B三者的關系三者的關系m磁化率磁化率HBMBHm00HHHBrm001mr1 r 相對磁導率相對磁導率 磁導率磁導率一、一、 H矢量的安培環路定理矢量的安培環路定理（1）只與傳導電流有關，與束縛電流無關）只與傳導電流有關，與束縛電流無關（3）在真空中：在真空中：10rMHB0（2） 與與 一樣是輔助量，描述電磁場一樣

7、是輔助量，描述電磁場HDHBDEu 幾點說明幾點說明0Il dHL一、一、 H矢量的安培環路定理矢量的安培環路定理二、二、 H矢量安培環路定理的應用矢量安培環路定理的應用u 磁介質的安培環路定理的應用磁介質的安培環路定理的應用一般步驟：一般步驟：（1）在對稱性分析基礎上選取適當環路）在對稱性分析基礎上選取適當環路L（2）由）由 求磁場強度求磁場強度H分布分布0Il dHL（3）由）由 求磁感應強度求磁感應強度B分布分布HBroIN1R2R例例1、一充滿均勻磁介質的密繞細螺繞環，已知單位長、一充滿均勻磁介質的密繞細螺繞環，已知單位長度的匝數為度的匝數為n，電流，電流I ，磁導率，磁導率 r, 求

8、矢量求矢量H、B。解：解：根據介質的安培環路定理：根據介質的安培環路定理：iiIl dH0細圓環滿足：細圓環滿足：21RRr022rnIrH0nIH HBr0一、一、 H矢量的安培環路定理矢量的安培環路定理例例2、半徑為、半徑為 R1 無限長圓柱形直導線，外面包一層半無限長圓柱形直導線，外面包一層半徑為徑為 R2 ，相對磁導率為，相對磁導率為 r 的圓筒形磁介質。通過導的圓筒形磁介質。通過導線的電流為線的電流為 I0 。求：磁介質內、外磁場強度和磁感應求：磁介質內、外磁場強度和磁感應強度的分布。強度的分布。一、一、 H矢量的安培環路定理矢量的安培環路定理Lr解：解：02IrHl dHL)()(

9、12120100RrRrIRrII)(2)(2101210RrrIRrRrIH)(2)(2)(22021012100RrrIRrRrIRrRIrHBrr15-5 鐵磁質一、一、 鐵磁質鐵磁質u 鐵磁質的特性鐵磁質的特性（1）相對磁導率）相對磁導率 r極大。極大。（2）矢量）矢量B和和H的關系呈非線性、非單值的關系。的關系呈非線性、非單值的關系。（3）具有磁滯現象（磁滯回線）。）具有磁滯現象（磁滯回線）。（4）存在居里溫度）存在居里溫度TC，當溫度高于，當溫度高于TC時，材料時，材料 為順磁質。為順磁質。l 磁導率曲線磁導率曲線OHmax磁導率曲線：磁導率曲線：HB一、一、 鐵磁質鐵磁質l 磁滯

10、回線磁滯回線Br-HsHsoabcdefHBHcoa段段： 起始磁化曲線起始磁化曲線Hs ： 飽和磁場強度飽和磁場強度Br ： 剩余磁感應強度剩余磁感應強度Hc： 矯頑力矯頑力 B的變化落后于的變化落后于H的變化，即為磁滯現象。的變化，即為磁滯現象。當當H=0時，鐵磁質仍然處于磁化狀態，時，鐵磁質仍然處于磁化狀態，Br0,稱為鐵磁質具有剩磁，大小用稱為鐵磁質具有剩磁，大小用Br衡量。衡量。一、一、 鐵磁質鐵磁質二、二、 鐵磁質的磁化機制鐵磁質的磁化機制u 磁化機制磁化機制未加磁場未加磁場在磁場在磁場 B 中中磁疇磁疇相鄰原子間的電子具有強交換耦合作用，自相鄰原子間的電子具有強交換耦合作用，自發

11、形成一些磁矩平行排列且取向相同的微小區域。發形成一些磁矩平行排列且取向相同的微小區域。不同磁疇間磁矩取向不同。不同磁疇間磁矩取向不同。三、三、 鐵磁質的分類鐵磁質的分類u 鐵磁材料的分類鐵磁材料的分類l 軟磁材料軟磁材料HBO 磁滯回線細而窄，磁滯回線細而窄，矯頑力小。矯頑力小。易磁化，易退磁，易磁化，易退磁，適用于交變磁場。適用于交變磁場。如制造電機，變壓如制造電機，變壓器等的鐵芯。器等的鐵芯。l 硬磁材料硬磁材料HBO適合制作永久磁鐵、磁適合制作永久磁鐵、磁芯（記憶元件）等。芯（記憶元件）等。磁滯回線磁滯回線“胖胖”，矯頑力較大，矯頑力較大，三、三、 鐵磁質的分類鐵磁質的分類l 矩形材料矩形材料HBO磁滯回線接近于矩磁滯回線接近于矩形，剩余磁感應強形，剩余磁感應強度度Br接近于飽和磁接近于飽和磁感應強度感應強度Bs。 適合于制作記錄適合于制作記錄磁帶及計算機的磁帶及計算機的記憶元件。記憶元件。三、三、 鐵磁質的分類鐵磁質的分類Albert Fert Peter Gruenberg 小硬盤小硬盤 大容量大容量1988年年法國法國Paris-Sud大學的大學的Albert Fert以及德國尤里希研以及德國尤里希研究