磁介质.ppt

* * 7-9 磁场中的磁介质 物质放在电场中→电场作用→被极化；反过来，→影响电场的分布。～电介质 研究了电介质的极化机制、极化规律以及在电介质中电场的分布。 物质放在磁场中→磁场作用→被磁化；反过来，→影响磁场的分布。～磁介质 采用研究电介质相同的思路来研究磁介质。 束缚(极化)电荷；电极化强度→电位移矢量→有电介质的高斯定理 束缚(极化)电流；磁化强度→磁场强度→有磁介质的安培环路定理 主要内容：研究磁场与磁介质的相互作用。涉及到以下概念和定理：磁介质、磁化强度、磁场强度、磁场中的安培环路定理、铁磁质。 一 磁介质 磁化强度 1、磁介质 ①定义： 在磁场作用下能发生变化；并能反过来影响磁场的媒质。～磁介质 磁化：磁介质在外磁场作用下发生的变化。 即，原来介质没有磁性的变为有磁性。 磁化的原因： 产生了束缚(磁化、分布)电流；其并不伴随着带电粒子作宏观位移。 ②有磁介质存在时的总磁场 有磁介质后的总场： 没有磁介质(即真空)存在时的磁场为 ～传导电流产生的。 磁介质放入磁场中被磁化后产生的磁场为 ～磁化电流产生的附加场。 ～包括介质内外 ③分类： 以长直螺线管为例： 真空： 若管内充满均匀磁介质时的总场为 磁介质在均匀磁场中被磁化产生的附加场也是均匀场 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? R I ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? R I ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? R I ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? R I 磁介质 锰、铬、氮气---- 银、铜、氢…. 铁、钴、镍及其合金 充有磁介质，有三种情况，分成三类： 此种磁介质称为顺磁质 此种磁介质称为抗磁质 此种磁介质称为铁磁质或强顺磁质 强磁质 弱磁质 2、顺磁质和弱磁质磁化 ①电子磁矩和分子磁矩 分子由原子组成； 电子的自旋 环绕原子核的高速旋转 原子核 电子→ 原子 一个电子电流环 磁矩 定义：电子轨道磁矩为电子磁矩 分子中所有电子(～不是自由电子)电流环的对外产生磁效应的总效果等效为一个电流环～分子电流 分子(固有)磁矩： ②分子磁矩与电子角速度的关系 分子磁矩： 由于电子带负电， 电子绕核旋转周期： 电子电流环的电流： 当 无外磁场 顺 磁 质 的 磁 化 分子圆电流和磁矩 有外磁场 同向时 反向时 无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗磁质内磁场 抗磁质的磁化 总结：介质磁化的过程如下： 在外场中 在外场中 顺磁质 抗磁质 说明：均匀介质在磁化时，要出现磁化面电流。 L R 介质表面出现磁化电流 顺磁质 抗磁质 3、磁化强度 为了表征物质的宏观磁性或介质的磁化程度，定义磁化强度矢量： ～磁介质中单位体积内分子磁矩的矢量和。 ～与介质特性、温度与统计规律有关。 单位：安培/米 (A/m) 顺磁质： 抗磁质： 二 磁介质中的安培环路定理 磁场强度 ? 磁介质中的高斯定理 磁感线无头无尾。穿过任何一个闭合曲面的磁通量为零。 S 磁感应强度 是外加磁场 与介质内束缚电流产生的 的合场强. ? 磁介质的安培环路定理 磁场强度 ～利用一个特殊的例子来讨论磁介质中的安培环路定理，所得结论同样也适用于一般的情形。 ①磁化强度与磁化电流间的关系 （以密绕长螺线管磁场为例） 取闭合回路ABCDA，设AB=L,有N匝线圈。 管中充满磁化强度为 的各向同性均匀磁介质，线圈中的电流为I。 闭合回路所包围传导电流 闭合回路所包围磁化电流 由安培环路定理： 闭合回路所包围所有电流 设每个分子园电流环半径均为 、电流均为 ，且流向均相同；n～单位体积中分子圆电流数。 所以，只有圆电流的中心距线段 的距离小于半径 的这些分子圆电流，对 有贡献。 每个分子园电流的磁矩 磁化 强度： ∵长螺线管内 （积分关系） 磁化强度与磁化电流的关系：磁化强度 在磁场中沿任一闭合路径L的线积分等于穿过此闭合路径的磁化电流。 ②引入辅助矢量：磁场强度矢量 令 ～磁场强度矢量 ～磁介质中的安培环路定理 说明：磁场强度沿任何闭合回路的线积分，等于该回路所包围的传导电流的代数和。 SI制中，磁场强度的单位：安培每米，符号： ③介质的磁化率、磁导率 实验证明：在各向同性的非铁磁介质中，任一点的磁化强度 与磁场强度 成正比。 磁介质的磁化率，与磁介质的性质有关