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磁场能量密度1磁介质磁介质-课程中心

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常见问题

1、1,课程指导课四第15章磁介质的磁化 1 磁介质的磁化磁化强度矢量 2 磁场强度有磁介质时的安培环路定理 3 铁磁质,教师：郑采星,大学物理,2,基本要求,教学基本内容、基本公式,第 4章振动,理解磁介质的磁化、磁化强度、磁场强度矢量。理解B、H、M三个矢量之间的关系，磁介质中的安培环路定律。了解顺磁性与抗磁性。铁磁质的特性。理解磁场能量，磁场能量密度。,1. 磁介质,磁介质:实体物质在磁场作用下呈现磁性,该物体称磁介质。,磁介质的三种类型：顺磁质、抗磁质、铁磁质。,顺磁质：,如氧、铝、钨、铂、铬等。,抗磁质：,铁磁质：,如氮、水、铜、银、金、铋等。,如铁、钴、镍等，,3,2. 磁介质磁化结构模型和分子磁矩,原子中电子参与两种运动：自旋及绕核的轨道运动，对应有轨道磁矩和自旋磁矩。,用等效的分子电流的磁效应来表示各个电子对外界磁效应的总合，称为分子固有磁矩。,*电子的进动：在外磁场作用下，每个电子除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动。,3.磁化强度M,单位体积内所有分子固有磁矩的矢量和加上附加磁矩的矢量和.,反映磁介质磁化程

2、度的物理量。,4,4.有磁介质时的安培环路定理,5.铁磁质,磁化曲线、磁滞回线,r非线性、磁饱和,剩磁、矫顽力,软磁材料、硬磁材料、矩磁材料,5,在铁磁质中，相邻铁原子中的电子间存在着非常强的交换耦合作用，这个相互作用促使相邻原子中电子的自旋磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化达到饱和状态的微小区域，这些自发磁化的微小区域称为磁畴。,磁畴,在没有外磁场作用时，磁体体内磁矩排列杂乱，任意物理无限小体积内的平均磁矩为零。,6,在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时的磁能将低于磁矩与外磁反向排列时的磁能，结果是自发磁化磁矩和外磁场成小角度的磁畴处于有利地位，这些磁畴体积逐渐扩大，而自发磁化磁矩与外磁场成较大角度的磁畴体积逐渐缩小。随着外磁场的不断增强，取向与外磁场成较大角度的磁畴全部消失，留存的磁畴将向外磁场的方向旋转。以后再继续增加磁场，所有磁畴都沿外磁场方向整齐排列，这时磁化达到饱和。,7,1. 圆柱形无限长载流直导线置于均匀无限大磁介质之中，若导线中流过的稳恒电流为I，磁介质的相对磁导率为mr (mr 1)，则与导线接触的磁介质表面上的磁化电流为 (A) (1 - mr)I (B)

3、 (mr - 1)I (C) mrI (D) ,答案：(B),参考解答：有介质时的安培环路定理说明；磁场强度沿任一闭合路径的环流等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和。,由安培环路定理，可以得到：,B 由稳恒电流I与磁化电流共同决定。,稳恒电流I在空间产生的磁场,磁化电流在空间产生的磁场,8,2. 一铁环的中心线周长为0.3 m，横截面积为1.010-4 m2，在环上密绕300匝表面绝缘的导线，当导线通有电流3.210-2 A时，通过环的横截面的磁通量为2.010-6 Wb求： (1) 铁环内部的磁感强度； (2) 铁环内部的磁场强度； (3) 铁的磁化率； (4) 铁环的磁化强度,解：(1),(3) 相对磁导率, 磁化率,(4) 磁化强度,M = cmH1.59104 A/m,9,3. 顺磁质和铁磁质的磁导率明显地依赖于温度，而抗磁质的磁导率则几乎与温度无关，为什么？,参考解答：,顺磁质的磁性主要来源于分子的固有磁矩沿外磁场方向的取向排列。当温度升高时，由于热运动的缘故，这些固有磁矩更易趋向混乱，而不易沿外磁场方向排列，使得顺磁质的磁性因磁导率明显地依赖于温度。,铁磁质的磁性主要来源于磁畴的磁矩方向沿外磁场方向的取向排列。当温度升高时，各磁畴的磁矩方向易趋向混乱而使铁磁质的磁性减小，因而铁磁质的磁导率会明显地依赖于温度。当铁磁质的温度超过居里点时，其磁性还会完全消失。,至于抗磁质，它的磁性来源于抗磁质分子在外磁场中所产生的与外磁场方向相反的感生磁矩，不存在磁矩的方向排列问题，因而抗磁质的磁性和分子的热运动情况无关，这就是抗磁质的磁导率几乎与温度无关的原因。,10,4. 在实际问题中用安培环路定理计算由铁磁质组成的闭合环路，在得出H后，如何进一步求出对应的B值呢？,参考解答: 由于铁磁质的m r不是一个常数，因此不能用B =mrm0H来进行计算，而是应当查阅手册中该铁磁材料的BH曲线图，找出对应于计算值H的磁感强度B值,5. 在铁环上绕有N200匝的一层线圈，若电流强度I2.5 A，铁环横截面的磁通量为F510-4 Wb，且铁环横截面的半径远小于铁环的平均半径，则铁环中的磁场能量为 (A) 0.300 J (B) 0.250 J (C) 0.157 J (D) 0.125J,答案：(D),参考解：设横截面半径为R，铁环的平均半径为 r,

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