第4章 恒定电流的磁场.ppt

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第4章 恒定电流的磁场

是介质的相对磁导率,是一个无量纲数; 是介质的磁导率,单位和真空磁导率相同,为H/m(亨/米)。 本构关系,表示磁化介质的磁化特性。 总结: 磁介质中恒定磁场基本方程 微分式 积分式 ---磁矢位微分方程 恒定磁场是有旋无源场,电流是激发磁场的涡旋源 例1 半径为a、高为L的磁化介质柱(如图 所示),磁化强度为M0(M0为常矢量,且与圆柱的轴线平行),求磁化电流 和磁化面电流 。 解:取圆柱坐标系的z轴和磁介质柱的中轴线重合, 磁介质的下底面位于z=0处,上底面位于z=L处。此时, ,由式(3 -52)得磁化电流为 在界面z=0上, 在界面z=L上, 在界面r=a上, 例2 同轴线的内导体半径为a,外导体的内半径为b,外半径为c,如图 所示。设内、外导体分别流过反向的电流I, 两导体之间介质的磁导率为μ,求各区域的 、 、 。 同轴线示意图 注:以后如无特别声明,对良导体(不包括铁等磁性物质)一般取其磁导率为μ0。 解: 因同轴线为无限长,则其磁场沿轴线无变化, 该磁场只有φ分量,且其大小只是r的函数。 分别在各区域使用介质中的安培环路定律 ,求出各区的磁场强度 , 然后由 求出 和 。 当r≤a时, 电流I在导体内均匀分布,且流向+z方向。由安培环路定律得 此区域的磁导率为μ0,可得 (r ≤ a) (r ≤ a) 当ar≤b时,与积分回路交链的电流为I,该区磁导率为μ,可得 (ar≤b) 当br≤c时,考虑到外导体电流均匀分布,可得出与积分回路交链的电流为 则 当rc时,此区域的 、 、 为零。 * 第四章 恒定电流的磁场 第四章 恒定电流的磁场 磁场 恒定磁场 (Magnetostatics) 实验表明: 运动电荷或电流 电流恒定 不随时间变化 对运动电荷或电流有力的作用 4.1 真空中恒定磁场的基本方程* 4.2 磁介质的磁化、介质中的场方程* 4.3 恒定磁场的边界条件* 4.4 自感和互感* 4.1 真空中恒定磁场的基本方程 主要内容: 磁 通(量)密度 磁通密度的散度和磁通连续性原理 磁场强度和安培环路定律 4.1.1 磁 通(量)密度 图 4-1 两电流回路间的相互作用力 设真空中载有两个载有 线电流 回路C1、C2,电流 I1dl1和I2dl2分别为C1、C2 回路上的电流元,如图示。 则电流回路C1对C2 作用力F12为 1820年, 法国物理学家安培从实验中总结出电流回路之间的相互作用力的规律。 ---安培力定律(Ampere’s force Law ) 故定义: 用场的观点解释安培力定律:电流回路之间的相互作用力是通过磁场来传递的 。 故力 应理解为第一个回路C1在空间产生磁场,第二个回路C2在这一磁场中受力,即 --线电流 其值只取决于电流回路C1的电流分布及源点到场点的距离矢量R,而与电流回路C2无关。 -----磁通密度 --毕奥——沙伐定律( Biot - Savart Law ) 表示载有恒定电流I的导线在场点(x,y,z)或r处所产生的磁通密度。 图4-2 Q点电流元在P点产生的场 规定: r表示源点,r表示场点。如图4-2示,故有 对体分布的电流 对面分布的电流 磁通密度B的单位 T(特斯拉,Tesla),或(wb/m2)。 工程上,用高斯(Gaussion),1G=10-4T。 【例4-1】一根长为2l的直导线沿z轴放置,通过z方向的电流为I,求其在周围产生的磁通密度。 解:如图,由于导线圆柱对 称,采用圆柱坐标系,则源点的位置坐标为(0,0,z′),设场点的位置坐标为P(ρ,φ,z)。则电流元 到场点的距离矢量 图4-3 载流导体产生的磁场 故P点的磁通密度为 由图4-3 的几何关系得 故 如果导线无限长,则 ,因此有 满足右手螺旋 4.1.2 磁通密度的散度及磁通连续性原理 1.磁通密度的散度 恒定电流产生的场是无散场或连续的场。 -----B的散度 恒等于零 磁矢位:

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