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1、15.1 磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响 15.2 原子的磁矩原子的磁矩 15.3 磁介质的磁化磁介质的磁化 15.4 H的环路定理的环路定理 15.5 铁磁质铁磁质 第第1515章章 磁场中的磁介质磁场中的磁介质(magnetic medium in magnetic field)11.磁介质磁介质:能影响磁场的物质称磁介质。能影响磁场的物质称磁介质。2.磁化磁化:磁介质在磁场中呈现磁性的现象。磁介质在磁场中呈现磁性的现象。15.1 磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响磁介质发生磁化，产生附加磁场磁介质发生磁化，产生附加磁场 BNSBoBBBo 外场外场B 附加场附加场B磁介质中的场磁
2、介质中的场实验发现：磁介质中的磁感应强度：实验发现：磁介质中的磁感应强度：注意：注意：r只与磁介质的种类有关。只与磁介质的种类有关。3.磁介质分类磁介质分类:顺磁质顺磁质抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质弱磁质弱磁质2磁介质由大量分子或原子组成磁介质由大量分子或原子组成分子内电子绕核旋转分子内电子绕核旋转分子电流分子电流 ii磁矩磁矩 m=iS en无外场无外场Bo时，时，分子的磁矩排列杂乱无章，分子的磁矩排列杂乱无章，有外场有外场 Bo 时时，分子磁矩沿外场转向分子磁矩沿外场转向，分子磁矩的矢，分子磁矩的矢量和量和介质内分子磁矩的矢量和介质内分子磁矩的矢量和Bo16.3 磁介质的磁化磁介质的磁化15.
3、2 原子的磁矩原子的磁矩3从导体横截面看，导体内部分从导体横截面看，导体内部分子电流两两反向，相互抵消。子电流两两反向，相互抵消。导体边缘分子电流同向。导体边缘分子电流同向。等效等效分子电流可等效成磁介分子电流可等效成磁介质表面的质表面的磁化电流磁化电流 Is，Is产生附加磁场产生附加磁场 B。IsBo BoBIs B 影响磁场影响磁场 磁化电流磁化电流 Is 可产生附加磁场可产生附加磁场 B，但无热效应，但无热效应，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，因为无宏观电荷的移动，磁化电流束缚在介质表面上，不可引出，因此，磁化电流也称为不可引出，因此，磁化电流也称为束缚电流束缚电流。4一
4、、问题的提出一、问题的提出在真空中的安培环路定理中：在真空中的安培环路定理中：将其应用在磁介质中时，将其应用在磁介质中时，I为所有电流的代数和；为所有电流的代数和；如果求如果求B需用磁化电流需用磁化电流Is，不方便求。不方便求。15-4.15-4.磁介质中安培环路定理磁介质中安培环路定理二、磁介质中的安培环路定理二、磁介质中的安培环路定理 磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路所包围磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路所包围的传导的传导(自由）电流的代数和。自由）电流的代数和。定义定义-磁场强度磁场强度5.H 是为消除磁化电流的影响而引入的，它是一个是为消除磁化电流的影响而引入的，它是一个辅助物
5、理量。辅助物理量。几点说明几点说明.若若磁场强度的单位安培磁场强度的单位安培/米，米，A/m不一定环路上各点的不一定环路上各点的H 为为 0，因为因为 H 是环路内、外电流共同产生的。是环路内、外电流共同产生的。.若若不一定环路内无电流。不一定环路内无电流。m-磁化率磁化率6三、应用介质中安培环路定理解题方法三、应用介质中安培环路定理解题方法1.场对称性分析；场对称性分析；2.选取环路；选取环路；3.求环路内传导电流的代数和求环路内传导电流的代数和 Ic；4.由由求求 H；由由求求 B；7解：解：由螺线管的磁场分布可由螺线管的磁场分布可知，管内的场各处均匀知，管内的场各处均匀一致，管外的场为一
6、致，管外的场为0；IBRHr 作作 abcda 矩形回路，回矩形回路，回路内的传导电流代数和为：路内的传导电流代数和为：在环路上应用介质中的环路定理：在环路上应用介质中的环路定理：abcd例题例题:一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺，螺线管内充满相对磁导率为线管内充满相对磁导率为 r 的均匀磁介质。导线圈内的均匀磁介质。导线圈内通电流通电流I，求管内磁感应强度。，求管内磁感应强度。8IBRHrabcd有有9一、磁介质的磁化曲线一、磁介质的磁化曲线不同磁介质的磁化曲线不同不同磁介质的磁化曲线不同抗磁介质抗磁介质铁磁介质铁磁介质顺磁介质顺磁介质Bo15-
7、5 铁磁质铁磁质顺磁介质与抗磁介质的顺磁介质与抗磁介质的 B 与与 H 具有线性关系，磁化曲线为直具有线性关系，磁化曲线为直线，铁磁质线，铁磁质B 与与 H 无线性关系，无线性关系，磁化曲线为曲线。磁化曲线为曲线。二、铁磁质的特性二、铁磁质的特性1.非线性非线性:B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。2.磁导率磁导率不是一个常量，不是一个常量，2.高高值值:有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强增强rH10三、铁磁介质的磁化机制三、铁磁介质的磁化机制磁畴磁畴铁磁质内存在许多自发磁化的铁磁质内存在许多自发磁化的小区域，称为小区域，称为磁畴磁畴。磁畴的大
8、小、形状不一，磁畴的大小、形状不一，磁畴磁畴的体积约为的体积约为 10 10-12-12 m m3 3 。在无外磁场时，各磁畴排在无外磁场时，各磁畴排列杂乱无章，铁磁质不显磁性；列杂乱无章，铁磁质不显磁性；在外磁场中，各磁畴沿外场转在外磁场中，各磁畴沿外场转向，介质内部的磁场迅速增加，向，介质内部的磁场迅速增加，在铁磁质充磁过程中伴随着发在铁磁质充磁过程中伴随着发声、发热。声、发热。Bo11随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁随着外磁场增加，能够提供转向的磁畴越来越少，铁磁质中的磁场增加的速度变慢，最后外磁场再增加，磁质中的磁场增加的速度变慢，最后外磁场再增加，介质内的磁场也不会增加
9、，铁磁质达到磁饱和状态。介质内的磁场也不会增加，铁磁质达到磁饱和状态。磁饱和状态磁饱和状态HBoabcd起始磁化曲线起始磁化曲线12四、磁滞回线四、磁滞回线 观察当外磁场变化一个周期时，铁磁质内部的磁场观察当外磁场变化一个周期时，铁磁质内部的磁场变化曲线；变化曲线；起始磁化曲线为起始磁化曲线为 OCBHOC当外磁场减小时，介质中的磁场并当外磁场减小时，介质中的磁场并不沿起始磁化曲线返回，而是滞后不沿起始磁化曲线返回，而是滞后于外磁场变化于外磁场变化 磁滞现象。磁滞现象。当外磁场为当外磁场为 0 时，介质中的磁时，介质中的磁场并不为场并不为 0，有一剩磁，有一剩磁 Br;矫顽力矫顽力加反向磁场加
10、反向磁场Hc，使介质内部的磁场为，使介质内部的磁场为 0，继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；继续增加反向磁场，介质达到反向磁饱和状态；改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到改变外磁场为正向磁场，不断增加外场，介质又达到正向磁饱和状态。磁化曲线形成一条正向磁饱和状态。磁化曲线形成一条磁滞回线磁滞回线。Br-HcHc13五、铁磁材料分类五、铁磁材料分类1.1.软磁材料软磁材料 磁滞回线细长，剩磁很小。磁滞回线细长，剩磁很小。如：软铁、坡莫合金、铁镍合金等。如：软铁、坡莫合金、铁镍合金等。由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器
11、铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。件磁性材料制成。2.硬磁性材料硬磁性材料 磁滞回线较粗，剩磁很大，这种磁滞回线较粗，剩磁很大，这种材料充磁后不易退磁，适合做永久磁材料充磁后不易退磁，适合做永久磁铁。铁。如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。如碳钢、铝镍钴合金和铝钢等。可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中可用在磁电式电表、永磁扬声器、耳机以及雷达中的磁控管等。的磁控管等。143.非金属氧化物非金属氧化物-铁氧体铁氧体 磁滞回线呈矩形，又称矩磁材磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，剩磁接近于磁饱合磁感应强料，剩磁接近于磁饱合磁感应强度，具
12、有高磁导率、高电阻率。度，具有高磁导率、高电阻率。它是由它是由Fe2O3和其他二价的金属氧化和其他二价的金属氧化物物等粉末混合烧结而成。等粉末混合烧结而成。应用：作计算机中的记忆元件应用：作计算机中的记忆元件 磁化时极磁化时极性的反转构成了性的反转构成了“0”与与“1”15六、退磁方法六、退磁方法1.加热法加热法 当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，当铁磁质的温度升高到某一温度时，磁性消失，由铁磁质变为顺磁质，该温度为由铁磁质变为顺磁质，该温度为居里温度居里温度 tc。当温度。当温度低于低于 tc 时，又由顺磁质转变为铁磁质。时，又由顺磁质转变为铁磁质。铁的居里温度铁的居里温度 tc=7
13、70C；30%的坡莫合金居里温度的坡莫合金居里温度 tc=70C利用铁磁质具有居里温度的特点，可将其制作温控元利用铁磁质具有居里温度的特点，可将其制作温控元件，如电饭锅自动控温。件，如电饭锅自动控温。原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加原因：由于加热使磁介质中的分子、原子的振动加剧，提供了磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。剧，提供了磁畴转向的能量，使铁磁质失去磁性。2.敲击法敲击法 通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁通过振动可提供磁畴转向的能量，使介质失去磁性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。性。如敲击永久磁铁会使磁铁磁性减小。164.加交变衰减的磁场加交变衰减的磁场BHoct
14、Ho 使介质中的磁场逐渐衰减为使介质中的磁场逐渐衰减为 0，应用在录音机，应用在录音机中的交流抹音磁头中。中的交流抹音磁头中。3.加反向磁场加反向磁场 加反向磁场，提供一个矫顽力加反向磁场，提供一个矫顽力Hc,使铁磁质退磁。使铁磁质退磁。17磁磁 场小结场小结181.磁场的计算磁场的计算1)毕奥毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律2)电流产生磁场电流产生磁场3)安培环路定理安培环路定理4)运动电荷产生的磁场运动电荷产生的磁场2.磁通量磁通量实际应用时用分量计算实际应用时用分量计算193.磁场方程磁场方程1)磁场高斯定理磁场高斯定理(稳恒磁场无源稳恒磁场无源)2)安培环路定理安培环路定理(稳恒磁场有旋稳恒
15、磁场有旋)4.载流线圈的磁矩载流线圈的磁矩5.电磁相互作用电磁相互作用1)安培定律安培定律2)磁场对载流导线的安培力磁场对载流导线的安培力3)磁场对载流线圈的作用力矩磁场对载流线圈的作用力矩4)磁场对运动电荷的洛仑兹力磁场对运动电荷的洛仑兹力201.直电流的磁场直电流的磁场+aP无限长载流直导线无限长载流直导线直导线延长线上直导线延长线上本章一些重要的结论本章一些重要的结论212.圆电流轴线上某点的磁场圆电流轴线上某点的磁场方向：方向：右手螺旋法则右手螺旋法则大小：大小：(1)载流圆环圆心处的载流圆环圆心处的(2)载流圆弧载流圆弧 圆心角圆心角RxIPx223.长直载流螺线管长直载流螺线管5.
16、环行载流螺线管环行载流螺线管4.无限大载流导体薄板无限大载流导体薄板板上下两侧为均匀磁场板上下两侧为均匀磁场.231哪一幅曲线图能确切描述载流圆线圈在其轴线上任哪一幅曲线图能确切描述载流圆线圈在其轴线上任意点所产生的意点所产生的 B 随随 x 的变化关系？（的变化关系？（x 坐标轴垂直于圆坐标轴垂直于圆线圈平面，原点在圆线圈中心线圈平面，原点在圆线圈中心 o）C 习题习题242.取一闭合积分回路取一闭合积分回路 L，使三根载流导线穿过它所围，使三根载流导线穿过它所围成的面现改变三根导线之间的相互间隔，但不越出成的面现改变三根导线之间的相互间隔，但不越出积分回路，则积分回路，则 B (A)回路回
17、路L内的内的 I 不变，不变，L上各点的上各点的B不变不变(B)回路回路L内的内的 I 不变，不变，L上各点的上各点的B改变改变.(C)回路回路L内的内的 I 改变，改变，L上各点的上各点的B不变不变.(D)回路回路L内的内的 I 改变，改变，L上各点的上各点的B改变改变.3.边长为边长为l的正方形线圈中通有电流的正方形线圈中通有电流,此线圈在此线圈在A点（见点（见图）产生的磁感应强度图）产生的磁感应强度B为为 A 254一载有电流一载有电流 I 的细导线分别均匀密绕在半径为的细导线分别均匀密绕在半径为 R 和和 r 的长直圆筒上形成两个螺线管的长直圆筒上形成两个螺线管(R=2r)，两螺线管单
18、位长度上的匝数相等两螺线管中的两螺线管单位长度上的匝数相等两螺线管中的磁感应强度大小磁感应强度大小 BR 和和 Br 应满足：应满足：B 265.如图，边长为如图，边长为 a 的正方形的的四个角上固定的正方形的的四个角上固定有四个电量均为有四个电量均为 q 的点电荷的点电荷.此正方形以角速度此正方形以角速度 绕绕 AC 轴旋转时轴旋转时,在中心点在中心点 o 产生的磁感应强产生的磁感应强度大小为度大小为 B1;此正方形同样以角速度此正方形同样以角速度 绕过点绕过点 o 垂直与正方形平面的轴旋转时垂直与正方形平面的轴旋转时,在点在点 o 产生的产生的磁感应强度的大小为磁感应强度的大小为 B2,则
19、则 B1 与与 B2 间的关系间的关系为为:(A)B1=B2 (B)B1=2B2(C)B1=B2/2 (D)B1=B2/4.C 276.一铜条置于均匀磁场中，铜条一铜条置于均匀磁场中，铜条中电子流的方向如图所示中电子流的方向如图所示.试问试问下述那种情况将会发生下述那种情况将会发生?A (A)在铜条上在铜条上 a、b 两点产生两点产生电势差电势差,且且 UaUb.(B)在铜条上在铜条上 a、b 两点产生两点产生电势差电势差,且且 UaUb.(C)在铜条上产生涡流在铜条上产生涡流.(D)电子受到洛仑兹力而加速电子受到洛仑兹力而加速.287.如图，长载流导线如图，长载流导线ab和和cd相互垂直，它
20、们相距相互垂直，它们相距l，ab固定不动，固定不动，cd能绕中点能绕中点O转动，并能靠近或离开转动，并能靠近或离开ab当电流方向如图所示时，导线当电流方向如图所示时，导线cd将将 (A)顺时针转动同时离开顺时针转动同时离开ab (B)顺时针转动同时靠近顺时针转动同时靠近ab (C)逆时针转动同时离开逆时针转动同时离开ab (D)逆时针转动同时靠近逆时针转动同时靠近ab D abcdIIO298.两半径为两半径为R的相同导体细圆环的相同导体细圆环,互相垂直放置互相垂直放置,且两接触点且两接触点A、B连线为环的直径连线为环的直径,现有电流现有电流1沿沿AB连线方向由连线方向由A端流入端流入,再由再
21、由 B端流出端流出,则环中则环中心处的磁感应强度大小为心处的磁感应强度大小为:A (A)0(C)(B)(D)(E)309.一半径为一半径为 R2 带电薄圆盘带电薄圆盘,其中半径为其中半径为 R1 的阴影部分均的阴影部分均匀带正电荷匀带正电荷,面电荷密度为面电荷密度为+,其余部分均匀带负电荷其余部分均匀带负电荷,面面电荷密度为电荷密度为 ,当圆盘以角速度当圆盘以角速度 旋转时旋转时,测得圆盘中心测得圆盘中心点点 o 的磁感应强度为零的磁感应强度为零,问问 R1 与与 R2 满足什么关系？满足什么关系？解：解：当带电圆盘转动时当带电圆盘转动时,可看作无数个圆电可看作无数个圆电流的磁场在流的磁场在
22、o 点的迭加点的迭加,半径为半径为 r,宽为宽为 dr 的圆电流的圆电流 dI=2 rdr /2 =rdr 磁场磁场 dB=0dI/2r=0R/2阴影部分产生的磁场感应强度为阴影部分产生的磁场感应强度为其余部分：其余部分：rdr3110.有两个半径相同的圆环形载流导线有两个半径相同的圆环形载流导线A、B，它们可，它们可以自由转动和移动，把它们放在相互垂直的位置上，以自由转动和移动，把它们放在相互垂直的位置上，如图所示，将发生以下哪一种运动如图所示，将发生以下哪一种运动（A）A、B均发生转动和平动，最后两线圈电流同方均发生转动和平动，最后两线圈电流同方向并紧靠一起。向并紧靠一起。（B）A不动，不动，B在磁力作用下发生转动和平动。在磁力作用下发生转动和平动。（C）A、B都在运动，但运动的趋势不能确定。都在运动，但运动的趋势不能确定。（D）A和和B都在转动，但不平动，最后两线圈磁矩都在转动，但不平动，最后两线圈磁矩同方向平行。同方向平行。A 32