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1、第八章 恒定电流的磁场,8.1 电流,8.3 毕奥萨伐尔定律及其应用,8.2 磁场 磁感应强度,8.4 磁场的高斯定理和安培环路定理,8.5 磁场对电流的作用,8.6 磁场对运动电荷的作用,8.7 磁介质及其磁化特性,8.8 有磁介质时的安培环路定理 磁场强度,一、磁介质,1、什么是磁介质能够磁化的物质称作磁介质。,2、磁介质的磁化,磁介质在磁场的作用所发生的变化磁介质的磁化真空中的磁感应强度为B0，磁介质磁化而产生的附加磁场为B，磁感应强度为B，则,B 的方向，随磁介质的不同而不同。,8-7 磁介质及其磁化规律,磁介质的相对磁导率：,磁介质的磁导率：,3、磁介质的分类,标准B 与B0方向,顺
2、磁质B与B0同向，BB0，如氧、铝、钨、铂、铬等,抗磁质B 与B0反向，BB0，如氮、水、铜、银、金、铋等。超导体理想的抗磁体。,铁磁质B 与B0同向，BB0，BB0，如铁、钴、镍等。顺磁质和抗磁质又称为弱磁质。,在物质的分子中电子绕原子核作轨道运动轨道磁矩；电子有自旋 自旋磁矩。分子内所有电子的全部磁矩的矢量和，称为分子的固有磁矩分子磁矩。分子磁矩可以用一个等效的圆电流来表示。,二、磁介质的磁化,1、分子电流和分子磁矩,2、顺磁质磁化机理来自分子的固有磁矩,无外磁场：分子的无规则热运动分子磁矩取向混乱物质并不显磁性未磁化状态,加外磁场：分子固有磁矩受外磁场的作用分子磁矩沿外磁场方向排列产生附
3、加的磁场,3、抗磁质磁化机理电子轨道在外磁场作用下发生变化,无外磁场：分子中每个电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和不为零，但分子的固有磁矩等于零，所以不显磁性。,加外磁场：分子中电子的轨道运动将受到影响引起与外磁场的方向相反的附加的轨道磁矩出现与外磁场方向相反的附加磁场磁感应强度比外磁场的度要略小一点。,三、 铁磁质磁化规律及其微观解释,1.铁磁质的特性：(1)在外磁场作用下能产生很强的磁感应强度；(2)当外磁场停止作用时，仍能保持其磁化状态；(3)B与H之间不是简单的线性关系；(4)铁磁质都有一临界温度。在此温度之上，铁磁性完全消失而成为顺磁质居里温度或居里点。铁10430C镍6300C钴13
4、900C铁磁质的起因可以用“磁畴”理论来解释。,2、磁畴,概念：铁磁质内的电子之间因自旋引起的相互作用非常强烈，在铁磁质内部形成了一些微小区域，叫做磁畴。每一个磁畴中，各个电子的自旋磁矩排列得很整齐。磁畴大小约为10171021个原子。,磁畴的显示：磁畴的变化可用金相显微镜观测,在无外磁场的作用下磁畴取向平均抵消，能量最低，不显磁性。,显示磁畴结构的铁粉图形,三种铁磁性物质的磁畴,3、磁化曲线,装置：环形螺绕环,实验测量B。,原理:励磁电流 I；用安培定理得H,磁化曲线：铁磁质m 很大，且随外磁场而变化，B与H之间为非线性关系。,初始磁化曲线：OM，H 增加，B 增加MN，H 变大，B 急剧增
5、大，NP，H 增加，B增加，增加十分缓慢P， H增加 ，B到饱和状态当全部磁畴都沿外磁场方向时，铁磁质的磁化就达到饱和状态。饱和磁化强度MS等于每个磁畴中原来的磁化强度，该值很大，这就是铁磁质磁性r大的原因。,磁化曲线的重要根据BH之间的关系，若已知一个量可求出另一个量。在设计电磁铁，变压器以及一些电气设备时，磁化曲线是很重要的实验依据。,B的变化落后于H的变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞,剩磁Br：当磁场强度减小到零时，磁感应强度并不等于零，而是仍有一定的数值Br ， Br叫做剩余磁感应强度，简称剩磁。,饱和磁感应强度BS：所有磁畴都与外场方向一致。相应的磁场强度称为饱和磁场强度，磁感应强
6、度称为饱和磁感应强度。,矫顽力HC：当H=-Hc时，铁磁质的剩磁就消失了，铁磁质不显磁性。通常把Hc叫做矫顽力。,4、磁滞回线,铁磁质在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高的，要损失能量，称为磁滞损耗，磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。,磁滞 现象是由于掺杂和内应力等的作用，当撤掉外磁场时磁畴的畴壁很难恢复到原来的形状，而表现出来。,5、铁磁性材料,软磁材料： 特点：相对磁导率和饱和B一般都较大，但矫顽力小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小。易磁化、易退磁。例子：如纯铁，硅钢坡莫合金，铁氧体等。应用：适宜制造电磁铁、变压器、交流发电机、继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒等。,a、金
7、属磁性材料,硬磁材料：特点：剩磁和矫顽力比较大，磁滞回线所围的面积大，磁滞损耗大，磁滞特性非常显著例子：钨钢，碳钢，铝镍钴合金等。应用：适合作永久磁铁，磁电式电表中的永磁铁，耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。,铁氧体，又叫铁淦氧，是由三氧化二铁和其它二价的金属氧化物的粉末混合烧结而成，常称为磁性瓷。如锰镁铁氧体、锂锰铁氧体等,b、非金属磁性材料矩磁材料：,特点：Br=BS ，Hc不大，磁滞回线是矩形。用途：用于记忆元件，当+脉冲产生HHC使磁芯呈+B态，则脉冲产生H HC使磁芯呈 B态，可做为二进制的两个态。,8-8 磁介质中的安培环路定理 磁场强度,一、磁介质中的安培环路定律,1、问题：长直螺线
8、管管中充满各向同性的均匀磁介质线圈中的电流为I计算螺线管内磁介质中的磁感应强度。,取闭合回路ABCDA,分布电流,传导电流,2、分布电流（磁化电流）,磁化电流：在磁介质内的任意位置上，成对的方向相反的分子电流互相抵消，仅在磁介质的边缘处形成了大的环形电流，此电流称为磁化电流。,3、磁介质中的安培环路定律,磁介质中的安培环路定理：磁场强度沿任何闭合回路的线积分，等于通过该回路所包围的传导电流的代数和。,磁场强度,4、说明磁场强度是一个辅助物理量。 单位：A m-1 环流只与穿过闭合回路的传导电流有关，而与磁化电流无关。,二、安培环路定律的应用,计算有磁介质存在时的磁感应强度B求出磁场强度H后由B=H求磁感应强度B 。,例1、长直螺旋管内充满均匀磁介质(r)，设励磁电流I0，单位长度上的匝数为n。求管内的磁感应强度。,解：因管外磁场为零，取如图所示安培回路,例2、长直单芯电缆的芯是一根半径为R 的金属导体，它与外壁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。,方向沿圆的切线方向,解：取如图所示安培回路,作业,习题册34预习,