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1、第六章 磁介质 分子电流与磁介质分子电流与磁介质 铁磁体铁磁体 磁场的能量磁场的能量1 分子电流与磁介质分子电流与磁介质一一.磁介质概述磁介质概述1.磁介质：磁介质：磁场与物质相互作用时，磁场中的物质磁场与物质相互作用时，磁场中的物质.2.物物质质的的磁磁性性：分分子子、原原子子的的电电结结构构不不同同，对对磁磁场场的的影影响响不不同，即不同磁性同，即不同磁性.磁场磁场分子电流分子电流相互作用，相互影响相互作用，相互影响3.励磁电流激发的磁化场：励磁电流激发的磁化场：磁化电流产生附加磁场：磁化电流产生附加磁场：介质中总的磁场：介质中总的磁场：4.相对磁导率相对磁导率 5.讨论讨论 与与 夹锐角
2、，夹锐角，增大，增大，顺顺磁质磁质.与与 夹钝角，夹钝角，减小，减小，抗磁质抗磁质.铁磁质铁磁质.二二.分子磁矩与附加磁矩分子磁矩与附加磁矩与与 反向反向附加磁矩附加磁矩1.分子磁矩分子磁矩与自旋运动形成分子电流与自旋运动形成分子电流.电子轨道运动电子轨道运动电子受洛仑兹力，产生拉莫尔进动，电子受洛仑兹力，产生拉莫尔进动，见图见图.2.附加磁矩附加磁矩 在在 作用下，作用下，(a)(b)(c)电子在外磁场中的进动电子在外磁场中的进动较大的分子，较大的分子，相对较小，可忽略，相对较小，可忽略，顺磁顺磁.为零的分子，为零的分子，不可忽略，不可忽略，抗磁抗磁.1.定义：定义：三三.磁化强度磁化强度2
3、.磁化强度与磁化电流磁化强度与磁化电流设设分子数密度分子数密度 n平均分子磁矩平均分子磁矩磁化强度磁化强度3.磁化强度与面电流磁化强度与面电流设设电流面密度电流面密度 ，跨表面取环路，跨表面取环路 L，如图所示，如图所示.上下两边紧贴且平行与表面上下两边紧贴且平行与表面.其余两边很短且垂直与表面其余两边很短且垂直与表面.因只在介质内因只在介质内所以有所以有或或磁化强度与面电流磁化强度与面电流内内外外四四.介质内的磁感应强度介质内的磁感应强度介质内的磁感应强度介质内的磁感应强度与与 有关有关.均匀磁介质圆柱体如图所示均匀磁介质圆柱体如图所示.安培电安培电流类似于螺旋管流类似于螺旋管.设设圆柱体直
4、径圆柱体直径 d，长长 l，在中点处在中点处:介质内的磁感应强度介质内的磁感应强度则则1.当当 l d2.当当 l d五五.磁场强度磁场强度由安培环路定律由安培环路定律而而则则磁场强度的环流，等于穿过环路面积的磁场强度的环流，等于穿过环路面积的传导电流传导电流的代数和的代数和.真空中真空中令令 磁场强度磁场强度则则六六.磁化率与磁导率磁化率与磁导率实验定律实验定律(a)(b)(c)介质的磁化率介质的磁化率由式由式(a),(b),(c),得得相对磁导率相对磁导率真空中真空中顺磁质顺磁质大多数玻璃，锰，铝，铁盐与镍盐的容液等大多数玻璃，锰，铝，铁盐与镍盐的容液等.抗磁质抗磁质铁磁质铁磁质铜，硫，铋
5、，氢气，水及惰性气体等铜，硫，铋，氢气，水及惰性气体等.铁，钴，镍及其合金，铁氧体等铁，钴，镍及其合金，铁氧体等.【说明说明】1.附加磁场附加磁场 很大，很大，2.是是 的复杂函数（的复杂函数（是磁化场）是磁化场）.3.落后于落后于 磁滞现象磁滞现象.4.剩余磁性剩余磁性 剩磁剩磁.2 铁磁体铁磁体一一.铁磁体的特点铁磁体的特点二二.磁化曲线与磁滞回线磁化曲线与磁滞回线磁化曲线磁化曲线0JH123。(a)JH曲线曲线0BH123。(b)BH曲线曲线1.磁化曲线磁化曲线(起始磁化曲线起始磁化曲线)【讨论讨论】参见图参见图.1)“01”：缓慢上升；缓慢上升；2)“12”：激烈上升；激烈上升；3)“
6、23”：减慢上升；减慢上升；4)“3 ”：J 不变不变.B 线性上升线性上升.2.磁滞回线磁滞回线磁滞回线磁滞回线0JH(c)JH 磁滞回磁滞回线线0BH(d)BH 磁滞回线磁滞回线acaabbccc-HcbJbaJabBbB 和和J 的变化总是落后于的变化总是落后于H 的现象称为的现象称为磁滞现象磁滞现象.q 退磁方法退磁方法 加热加热 振动振动 减幅磁振荡减幅磁振荡【讨论讨论】参见图参见图.1)“a”点：点：Ja 饱和磁化强度饱和磁化强度.2)“b”点点：Jb 剩余磁化强度，剩余磁化强度，3)“c”点点：Hc 矫顽力矫顽力.Bb 剩余磁感应强度剩余磁感应强度.1.硬磁材料，矫顽力大硬磁材料
7、，矫顽力大.炭炭钢钢、合合金金钢钢、锰锰钢钢、钴钴钢钢和和铁铁氧氧体体等等，可可充充磁磁成成恒恒磁磁或或称称永永磁磁。用用于于磁磁电电式式仪仪表表，电电声声换换能能元元件件，永永磁磁电电机机，指指南针南针.2.软磁材料，矫顽力小软磁材料，矫顽力小.广泛应用于互感器，接触器，继电器，电机，电磁铁，磁广泛应用于互感器，接触器，继电器，电机，电磁铁，磁芯，磁棒等芯，磁棒等.3.矩磁材料矩磁材料可用作记忆元件，控制元件，开关元件可用作记忆元件，控制元件，开关元件.三三.铁磁体分类与应用铁磁体分类与应用3 磁场的能量磁场的能量二磁场的能量二磁场的能量长直螺线管（或螺绕环）的电感长直螺线管（或螺绕环）的电
8、感磁能磁能一自感磁能与互感磁能一自感磁能与互感磁能由由得得和和或或磁能密度磁能密度磁能磁能 磁能分布于磁场不为零的空间磁能分布于磁场不为零的空间.【例例1】两个线圈的电流为两个线圈的电流为 ，它们激发的磁场，它们激发的磁场总总磁能磁能互感磁能互感磁能自感磁能自感磁能自感磁能自感磁能【讨论讨论】1.只与终态有关，与建立电流的先后顺序无关只与终态有关，与建立电流的先后顺序无关.2.前两项对应自感磁能，第三项对应互感磁能，前两项对应自感磁能，第三项对应互感磁能，互感磁能有正、有负，视互感磁能有正、有负，视 与与 的夹角而定的夹角而定.迅变迅变电流时，只有后者适用，其适用范围广电流时，只有后者适用，其
9、适用范围广.3.电流变化慢时电流变化慢时或或4.前者说明磁能存在于载流线圈中前者说明磁能存在于载流线圈中.后者说明磁能存在于场不为零的空间，更具普遍意义后者说明磁能存在于场不为零的空间，更具普遍意义.5.可可作为自感系数作为自感系数L 的更具普遍意义的定义式的更具普遍意义的定义式.可作为互感系数可作为互感系数M 的更具普遍意义的定义式的更具普遍意义的定义式.【例例2】计计算算长长直直同同轴轴电电缆缆单单位位长长度度内内的的电电感感 L0，设设电电流流均均匀匀分布于内导线横截面上分布于内导线横截面上.【解解】内外导体间的磁场内外导体间的磁场内导线中的磁场内导线中的磁场R1R2同轴电缆截面同轴电缆截面磁能密度磁能密度所以所以由由得得