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1、磁化强度和磁化电流(2)第1页，本讲稿共25页二、介质表面出现磁化电流二、介质表面出现磁化电流顺磁质抗磁质第2页，本讲稿共25页二、磁化电流二、磁化电流磁化面电流磁化面电流单位体积磁矩单位体积磁矩则该段磁介质中总的磁矩为则该段磁介质中总的磁矩为第3页，本讲稿共25页磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所磁化强度对闭合回路的线积分等于通过回路所包围的面积的总磁化电流。包围的面积的总磁化电流。第4页，本讲稿共25页12-3 磁介质中的磁场磁介质中的磁场 磁场强度磁场强度有磁介质后，空间任一点的磁场有磁介质后，空间任一点的磁场 B0-传导电流产生的磁场 B -磁化电流产生的磁场 出现出现“欲求欲求
2、 B 需先知道需先知道 B”的问题，为此的问题，为此 引入一辅助的物理量：磁场强度引入一辅助的物理量：磁场强度 。第5页，本讲稿共25页在磁场中任取一环路在磁场中任取一环路 L，它套住的电流，它套住的电流 有：传导电流和有：传导电流和磁化电流。由安培环路定理：磁化电流。由安培环路定理：其中：其中：I为传导电流，为传导电流，IS为磁化电流为磁化电流又因又因安培环路定理可写成安培环路定理可写成令磁场强度令磁场强度第6页，本讲稿共25页 表明：磁场强度矢量的环流和传导电流表明：磁场强度矢量的环流和传导电流I有关，而有关，而在形式上与磁介质的磁性无关。其单位在国际单位制中是在形式上与磁介质的磁性无关。
3、其单位在国际单位制中是A/m.磁磁介介质质中中的的安安培培环环路路定定理理：磁磁场场强强度度沿沿任任意意闭闭合合路路径径的的线线积积分分等等于于穿穿过过该该路路径径的的所所有有传传导导电电流流的的代代数和，而与磁化电流无关。数和，而与磁化电流无关。第7页，本讲稿共25页 实实验验证证明明：对对于于各各向向同同性性的的介介质质，在在磁磁介介质质中中任任意一点磁化强度和磁场强度成正比。意一点磁化强度和磁场强度成正比。式式中中 只只与与磁磁介介质质的的性性质质有有关关，称称为为磁磁介介质质的的磁磁化化率率，是是一一个个纯纯数数。如如果果磁磁介介质质是是均均匀匀的的，它它是是一一个个常常量量；如如果果
4、磁磁介介质质是是不不均均匀匀的的，它它是是空空间位置的函数。间位置的函数。第8页，本讲稿共25页相对磁导率磁导率 值值得得注注意意：为为研研究究介介质质中中的的磁磁场场提提供供方方便便而而不不是是反反映映磁磁场场性性质质的的基基本本物物理理量量，才才是是反反映映磁磁场场性性质质的基本物理量。的基本物理量。第9页，本讲稿共25页的关系的关系为介质的磁化率为介质的磁化率均匀磁介质均匀磁介质非均匀非均匀顺磁质顺磁质无磁质无磁质其中：其中：磁导率磁导率抗磁质抗磁质相对磁导率相对磁导率第10页，本讲稿共25页有磁介质时磁场的计算 第11页，本讲稿共25页解：解：在环内任取一点，在环内任取一点，过该点作一
5、和环同心、半过该点作一和环同心、半径为径为 的圆形回路。的圆形回路。式中式中 为螺绕环上线圈为螺绕环上线圈的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各的总匝数。由对称性可知，在所取圆形回路上各点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。点的磁感应强度的大小相等，方向都沿切线。例例12-2 12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为螺绕环中的传导电流为I I，单位长度内匝数，单位长度内匝数n n，环的横截面半径比，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率
6、分别为 和和r。求环内的磁场强度和磁感应强度。求环内的磁场强度和磁感应强度。第12页，本讲稿共25页解：解：当环内是真空时当环内是真空时当环内充满均匀介质时当环内充满均匀介质时例例12-2 12-2 在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺在均匀密绕的螺绕环内充满均匀的顺磁介质，已知螺绕环中的传导电流为绕环中的传导电流为I I，单位长度内匝数，单位长度内匝数n n，环的横截面半径，环的横截面半径比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为比环的平均半径小得多，磁介质的相对磁导率和磁导率分别为 和和r。求环内的磁场强度和磁感应强度。求环内的磁场强度和磁感应强度。第13页，本讲稿共
7、25页 例例12-3 如如图图所所示示，一一半半径径为为R1的的无无限限长长圆圆柱柱体体（导导体体 0）中中均均匀匀地地通通有有电电流流I，在在它它外外面面有有半半径径为为R2的的无无限限长长同同轴轴圆圆柱柱面面，两两者者之之间间充充满满着着磁磁导导率率为为 的的均均匀匀磁磁介介质质，在在圆圆柱柱面面上上通通有有相相反反方方向向的的电电流流I。试试求求（1）圆圆柱柱体体外外圆圆柱柱面面内内一一点点的的磁磁场场；（2）圆圆柱柱体体内内一一点点磁磁场场；（3）圆圆柱柱面面外外一一点点的的磁场。磁场。解解（1）当当两两个个无无限限长长的的同同轴轴圆圆柱柱体体和和圆圆柱柱面面中中有有电电流流通通过过时
8、时，它它们们所所激激发发的的磁磁场场是是轴轴对对称称分分布布的的，而而磁磁介介质质亦亦呈呈轴轴对对称称分分布布，因因而而不不会会改改变变场场的的这这种种对对称称分分布布。设设圆圆柱柱体体外外圆圆柱柱面面内内一一点点到到轴轴的的垂垂直直距距离离是是r1，以以r1为为半半径径作作一一圆圆，取取此此圆圆为为积积分分回回路路，根根据据安安培培环环路定理有路定理有IIIR1R2r2r1r3第14页，本讲稿共25页（2）设设在在圆圆柱柱体体内内一一点点到到轴轴的的垂垂直直距距离离是是r2，则则以以r2为半径作一圆，根据安培环路定理有为半径作一圆，根据安培环路定理有 式中式中 是该环路所包围的电流部分，由此
9、得是该环路所包围的电流部分，由此得第15页，本讲稿共25页由由B H，得，得 （3）在在圆圆柱柱面面外外取取一一点点，它它到到轴轴的的垂垂直直距距离离是是r3，以以r3为为半半径径作作一一圆圆，根根据据安安培培环环路路定定理理,考考虑虑到到环环路路中中所包围的电流的代数和为零，所以得所包围的电流的代数和为零，所以得即即或或第16页，本讲稿共25页12-5 铁磁质铁磁质第17页，本讲稿共25页一、铁磁质的特征一、铁磁质的特征1.r 1，产生特强附加磁场产生特强附加磁场B；2.r与磁化的过程有关，与磁化的过程有关，关系为非线性，即关系为非线性，即 不是常不是常量，与量，与H H有复杂的函数关系；有
10、复杂的函数关系；3.磁滞现象，磁滞现象，H H随外场而变，它的变化落后于外磁场的变化，随外场而变，它的变化落后于外磁场的变化，外场消失后，磁性仍能保持；外场消失后，磁性仍能保持；4.居里温度，一定的铁磁材料存在一特定的临界温度，称为居里温度，一定的铁磁材料存在一特定的临界温度，称为居里点，当温度在居里点以上时，它们的磁导率和磁场强度居里点，当温度在居里点以上时，它们的磁导率和磁场强度H无关，这时铁磁质转化为顺磁质。无关，这时铁磁质转化为顺磁质。第18页，本讲稿共25页二二 、磁化曲线、磁化曲线BHBH和和 HH曲线是非线性关系曲线是非线性关系H H曲线也叫曲线也叫起始磁化曲线起始磁化曲线max
11、max 饱和磁感强度饱和磁感强度OMNPO第19页，本讲稿共25页O三、磁滞回线三、磁滞回线 由于磁滞，由于磁滞，当磁场强度减小当磁场强度减小到零（即到零（即H=0H=0）时，）时，磁感强度磁感强度B0B0，而是仍有一定的数值，而是仍有一定的数值B Br r，叫做剩余磁感强度叫做剩余磁感强度(剩磁剩磁)。当外磁场由当外磁场由+H+Hm m渐减小时，渐减小时，磁感强度磁感强度B并不沿起始曲线并不沿起始曲线0P 0P 减小减小 ，而是沿，而是沿PQ PQ 比较缓慢的比较缓慢的减小，这种减小，这种B的变化落后于的变化落后于H 的的变化的现象，叫做磁滞现象，变化的现象，叫做磁滞现象，简称磁滞。简称磁滞
12、。随着反向磁场的增加，随着反向磁场的增加，逐渐减小，当逐渐减小，当H=-HH=-Hc c时，时，等于零，剩磁消失，等于零，剩磁消失，H Hc c叫叫做矫顽力，表示铁磁质抵抗去做矫顽力，表示铁磁质抵抗去磁的能力。磁的能力。磁滞效应损耗能量与磁滞回线的面积成正比磁滞效应损耗能量与磁滞回线的面积成正比第20页，本讲稿共25页铁磁质的磁滞现象第21页，本讲稿共25页铁磁质磁化微观机制粉在磁畴边界上聚集粉在磁畴边界上聚集.(由电子自旋磁矩引起)膜的迷宫式磁畴膜的迷宫式磁畴.第22页，本讲稿共25页 各磁各磁畴磁化畴磁化方向混方向混乱，整乱，整体不显体不显磁性磁性.磁畴的自发磁化磁畴的自发磁化方向与外场方
13、向相方向与外场方向相同或相近的磁畴体同或相近的磁畴体积扩大积扩大,反之缩小反之缩小.磁畴壁发生运动磁畴壁发生运动.磁畴的磁畴的自发磁自发磁化方向化方向转向外转向外场方向场方向.全部全部磁畴方磁畴方向均转向均转向外场向外场方向方向.磁滞现象及剩磁,是因磁化时磁畴相互摩擦发热,使过程不可逆.H0HHHH第23页，本讲稿共25页铁磁质的居里点铁磁质被加热达到某一临界温度铁磁质被加热达到某一临界温度 时时,便会失去自己的特性而成为顺磁质便会失去自己的特性而成为顺磁质.这一临这一临钴钴 铁铁 镍镍 1413K1042K631K第24页，本讲稿共25页常见的铁磁材料矫顽力小,易充，退磁.如纯铁，硅钢等.继电器等的铁芯.矫顽力大,剩磁也大.器等的永久磁铁.剩磁值接近饱和值.如碳钢，钡铁氧体等.两剩磁态可控翻转,用于计算机儲存元件.第25页，本讲稿共25页