广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（讲稿）第五篇 电磁学 第13章 稳恒电流的磁场（磁场中的磁介质）

广东工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素BuangdongUniversity otTechnology第13章稳恒电流的磁场

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 第13章 稳恒电流的磁场

广东工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素euangdong UniversityofTechnology(4)磁场磁场中的磁介质主要内容：磁场中的磁介质

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 磁场中的磁介质 磁场（4） 磁场中的磁介质 主要内容：

广李工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素uanadongUniversity ofTechnoloayS13.6磁场中的磁介质1.磁介质的磁化物质的磁性来源于分子电流。分子电流等效一个圆电流产生分子电流磁矩，简称“分子磁矩”m=Iseore元rm2元mD2分子磁矩包含轨道磁矩和自旋磁矩。0在外磁场B.作用下，分子磁矩沿外磁场方向取向，产生附加磁场B分子磁矩磁介质的磁化

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 §13.6 磁场中的磁介质 物质的磁性来源于分子电流。分子电流等效一个圆电流， 产生分子电流磁矩，简称“分子磁矩”。 分子磁矩 1.磁介质的磁化 I 2 2 1 2 2 m IS e r e r     = = =   1 2 2 m er = −  分子磁矩包含轨道磁矩和自旋磁矩。 在外磁场 作用下，分子磁矩沿外磁 场方向取向，产生附加磁场 B0  B  磁介质的磁化 r - v m

广东工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素uanadongUniversity ofTechnologyB = B。 + B'磁介质中的磁场：B'的大小和方向随磁介质的不同而异2.三种磁介质顺磁质B与 B,同方向,使B>B。如：锰、铬、铂、氮等抗磁质使B>B。使 B>> B如：铁、镍、钻及他们的合金等对任意均匀各向同性的磁介质均有BB= μ,BouB.山,叫磁介质的相对磁导率，随介质种类或状态而异

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 B = B + B    磁介质中的磁场： 0 B 的大小和方向随磁介质的不同而异。  2. 三种磁介质 如: 锰、铬、铂、氮等 如: 汞、铜、硫、氢、锌、铅等 如: 铁、镍、钴及他们的合金等 顺磁质 抗磁质 铁磁质 r B B =  0 B = r B0 B 与 同方向, 使 B  B0   B0  与 B  B0 B 反方向, 使  B0  B  B0 与  B 同方向, 且 使  B0  B  B0 对任意均匀各向同性的磁介质均有 r 叫磁介质的相对磁导率，随介质种类或状态而异

广李工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素uanadongUniversity ofTechnolog铝如：μ, = 1.000021ur >1顺磁质弱磁质铜如：μ, = 0.99990抗磁质从, >1铁磁质真空超导材料完全抗磁性u, =1μ = 0 B=0螺线管内充满均匀磁介质后的磁场B= μ,B = μou,nl = μnl式中μ=μo从,称为磁介质的磁导率(简述)3.磁介质磁化的微观机理抗磁质：分子没有磁矩Zm=0轨道磁矩和自旋磁矩相互抵消，使合加上外磁场时，分子产生感应磁短m与外磁场方向相反，成磁场略有减弱

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 螺线管内充满均匀磁介质后的磁场 式中  = 0 r 称为磁介质的磁导率 B B nI nI = r 0 = 0 r =  顺磁质 r 1 如：铝 r =1.000021 抗磁质 r 1 如：铜 r = 0.99990 铁磁质 r 1 如：纯铁 r = 200 ~ 5000 真空 r =1 3.磁介质磁化的微观机理 (简述) 抗磁质: 轨道磁矩和自旋磁矩相互抵消, 分子没有磁矩 , 加上外磁场时, 分子产生感应磁矩 与外磁场方向相反, 使合 成磁场略有减弱.  = m 0 m   超导材料 r = 0 B=0 完全抗磁性 弱磁质 强磁质

广东工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素uanadongUniversityofTechnologyB.即：抗磁质分子固有磁矩等于零m=0433301Zm=0磁介质中的合成磁场略有减弱顺磁质B.m≠0，但无分子固有磁矩8810外磁场时，分子磁矩取向混乱，相互抵消2m=0，加上外磁场，分子磁矩趋向外场方向，使磁介质中的合成磁场略有加强

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 顺磁质 分子固有磁矩 , 但无 外磁场时, 分子磁矩取向混乱, 相互抵消 . m  0  = m 0 即: 抗磁质 分子固有磁矩等于零 m = 0  = m 0 B0  加上外磁场, 分子磁矩趋向外 场方向, 使磁介质中的合成磁场 略有加强 无外磁场时 B B0 B 磁介质中的合成磁场略有减弱

广李工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素uanadongUniversity ofTechnoloay方矢量及其环路定理以充满相对磁导率为u磁介质的螺线管为例，管内真空时的磁感应强度伪磁化电流面密度8Y01BfiB1B磁介质磁化的结果是：介质表面出现磁化电流I。（电流密度为js）。取积分回路abcd如图B.di = μ Z(Io + I,)由安培环路定理

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 4. H 矢量及其环路定理  以充满相对磁导率为 r 磁介质的螺线管为例, 管内真空时的 磁感应强度为 . B0  磁介质磁化的结果是：介质表面出现磁化电流Is（电流密度 为 j s ）。 d ( ) 0 0 s L B l =  I + I     B0                • • • • • • • • • • • • • • s j 磁化电流面密度 B  a b d c 0 I 取积分回路abcd如图, 由安培环路定理 • B0 s I

广李工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素suangdongUniversityofTechnologyoooooo#e0磁化电流I不易测量，要消去BB= B.+ B'TfiB对顺磁质B=B +B'Bo = μonlo, B'= μojs, B= unl即 B= μo(nl。+ js)=μnloμ-μonlZ1,=j,ab="-ouopoB.di = μI +(μ-μ)ZI =μZloB或.di-Zlo一Ou

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 磁化电流 Is 不易测量,要消去 B = B + B     0 B = B + B 对顺磁质 0 0 0 0 0 0 , , B nI B j B nI    s = = =  0 0 nI0 B nI j 即 =  ( + s ) =  0 0 0 j nI s   −   = 0 0 0 I j ab I s s  −  = =    0 0 0 0 0 B dl I ( ) I I L   =  + −  =         0 dl I B L  =      或 B0                • • • • • • • • • • • • • • s j B  a b d c 0 I

广李工業业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教uangdongUniversityofTechnology1Bdi =ZlouBBH=称为磁场强度单位是A/mourH.dl=ZI磁介质中的安培环路定理注意：H是一个辅助量，描述磁场性质的量是B而非HH的环流只与积分回路L内包围的传导电流有关与磁化电流无关。或者说磁化电流对H的环流无贡献

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 d 0 H l I L  =     0 dl I B L  =      令 称为磁场强度, 单位是 A/m r B B H  0     = = 磁介质中的安培环路定理 是一个辅助量,描述磁场性质的量是 而非 H  H  B  注意: H  的环流只与积分回路L内包围的传导电流有关, 与磁化电流无关。或者说磁化电流对 的环流无 贡献 H 

广东工业大学第13章稳恒电流的磁场大学物理A教素uanadongUniversityofTechnoloay例题、一半径为R,的无限长圆柱形直导线，外面包一层半径为R，相对磁导率为u.的圆筒形磁介质。，通过导线的电流为I。求磁介质内外磁感应强度的分布0解：RRi1H.dl =2元rH =元r0<r<RTR?IrB= MoH= HolrH=0<r<R2元R2元R2

第13章 稳恒电流的磁场 大学物理A教案 例题、一半径为 R1 的无限长圆柱形直导线，外面包一层半 径为 R2 ，相对磁导率为 r 的圆筒形磁介质。通过导线的 电流为 I 。求磁介质内外磁感应强度的分布。 解: 2 2 1 d 2 r R I H l rH L    =  =    0 R1  r  2 1 2 R Ir H  = 2 1 0 0 2 R Ir B H   =  = 0 R1  r  R2 R1 Io r r