EMF21恒定磁场.ppt

作 业 　Page155: 4-1， 4-4，4-5, 4-7， 4-8, 4-11 * 磁化后的媒质产生的磁效应相当于在体积内有体电流和在面上有面电流。这些电流不同于自由电流，是束缚电流或称磁化电流。 * 除了铁磁物质，在工程上，大部分物质的相对磁导率取为1。 * 库仑规范 * 库仑规范 第21讲 媒质中的安培环路定律，分界面上的边界条件 授课内容 媒质的磁化和安培环路定律 磁位及其边值问题 恒定磁场的基本方程 分界面上的衔接条件 1.1 媒质磁化 电子围绕原子核旋转形成一个闭合的环形电流，这种环形电流相当于一个磁偶极子（轨道运动）。电子及原子核本身自旋也相当于形成磁偶极子。 媒 质 合成场Ba+ Bs 磁 化 二次场Bs 外加场Ba 当外加磁场时，在磁场力的作用下，这些带电粒子的运动方向发生变化，甚至产生新的电流，导致各个磁矩重新排列，宏观的合成磁矩不再为零，这种现象称为磁化。 由于热运动的结果，这些磁偶极子的排列方向杂乱无章，合成磁矩为零，对外不显示磁性。 磁偶极子 m=IdS dS 介质的磁化 1 媒质的磁化和安培环路定律 与极化现象不同，磁化结果使媒质中的合成磁场可能减弱或增强，而介质极化总是导致合成电场减弱。 根据磁化过程，媒质的磁性能分为抗磁性 、顺磁性、铁磁性及亚铁磁性等。 ? 抗磁性。 在正常情况下，原子中的合成磁矩为零。当外加磁场时，电子除了仍然自旋及轨道运动外，轨道还要围绕外加磁场发生运动，这种运动方式称为进动。 电子进动产生的附加磁矩方向总是与外加磁场的方向相反，导致媒质中合成磁场减弱。因此，这种磁性能称为抗磁性，如银、铜、铋、锌、铅及汞等。 Bt 顺磁性。在正常情况下，合成磁矩不为零。由于热运动结果，宏观的合成磁矩为零。在外加磁场的作用下，除了引起电子进动以外，磁偶极子的磁矩方向朝着外加磁场方向转动。因此，合成磁场增强，这种磁性能称为顺磁性。如铝、锡、镁、钨、铂及钯等。 铁磁性。内部存在“磁畴”，每个“磁畴”中磁矩方向相同，但是各个“磁畴”的磁矩方向杂乱无章，对外不显示磁性。在外磁场作用下，各个“磁畴”方向趋向一致，且畴界面积还会扩大，因而产生很强的磁性。例如铁、钴、镍等。这种铁磁性媒质的磁性能还具有非线性，且存在磁滞及剩磁现象。 亚铁磁性。是一种金属氧化物，磁化现象比铁磁媒质稍弱一些，但剩磁小，且电导率很低，这类媒质称为亚铁磁媒质。例如铁氧体等。由于其电导率很低，高频电磁波可以进入内部，产生一些可贵的特性，使得铁氧体在微波器件中获得广泛的应用。 磁化结果产生了磁矩。为了衡量磁化程度，我们定义单位体积中磁矩的矢量和称为磁化强度，以 M 表示，即 式中 为 中第 i 个磁偶极子具有的磁矩。 为物理无限小体积。 磁化后，媒质中形成新的电流，这种电流称为磁化电流。形成磁化电流的电子仍然被束缚在原子或分子周围，所以磁化电流又称为束缚电流。 总磁场=原磁场 + 磁化电流的场（媒质的场） 媒质的磁场 由磁偶极子角度求： 磁化强度为M的磁导媒质V’中，体积元dV’的分子等效圆电流的总磁矩为MdV’ x P z y r dV O V r r - r S x P z y r dV O V r r - r S 第一项为体分布的磁化电流产生的矢量磁位，第二项为面分布的磁化电流产生的矢量磁位，因此两种磁化电流密度与磁化强度的关系为 磁偶极子与电偶极子对比 体磁化电流 面磁化电流 ? 有磁介质存在时，场中任一点的 B 是自由电流和磁化电流共同作用在真空中产生的磁场。 结论： ? 磁化电流具有与传导电流相同的磁效应 模型 电量 产生的电场与磁场 电偶极子 磁偶极子 2 一般形式的安培环路定律 有磁介质时 将 代入上式，得 移项后 定义:磁场强度 则有 说明: ? H的环量仅与环路交链的自由电流有关。 ? 环路上任一点的H是由系统全部载流体产生的。 ? 电流的正、负仅取决于环路与电流的交链是否满足右手螺旋关系，是 为正，否为负。 恒定磁场是有旋的 H 的分布与磁介质有关 H 与I 成右螺旋关系 图示中 吗？它们的环量相等吗？ 对于大多数媒质（线性、各向同性），磁化强度 M 与磁场强度 H 成正比，即 式中比例常数 ? m 称为磁化率。磁化率可以是正或负实数。 考虑到 ，则由上式求得 令 则 式中 ? 称为磁导率。 相对磁导率 ?r 定义为 3