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电磁场电磁波教案-5.pptVIP

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比较可见,式中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,因此求得体分布及面分布的磁化电流密度与磁化强度的关系为 * * 对左式两端取面积分 得: 此式表明,在磁化媒质中,磁化强度沿闭合回路的环量等于该闭合回路包围的总磁化电流。 x y z l P(0,0, z) 0 a 解 取圆柱坐标系,令 z 轴与圆柱轴线一致,如图示。 由于是均匀磁化,磁化强度与坐标无关,因此, ,即体分布的磁化电流密度为零。 又知表面磁化电流密度 式中en 为表面的外法线方向上单位矢。因 ,所以表面磁化电流密度 仅存在于圆柱侧壁,上下端面的磁化电流密度为零。因此 例 已知半径为a,长度为 l 的圆柱形磁性材料,沿轴线方向获得均匀磁化。若磁化强度为M,试求磁化电流 和磁化面电流 * * 5. 媒质中的恒定磁场方程式 磁化媒质内部的磁场相当于传导电流 I 及磁化电流 I? 在真空中产生的合成磁场。这样,磁化媒质中磁感应强度 B 沿任一闭合曲线的环量为 考虑到 ,求得 令 则 式中H 称为磁场强度,其单位是A/m。该式称为媒质中的安培环路定律。它表明媒质中的磁场强度沿任一闭合曲线的环量等于闭合曲线包围的传导电流。 * * 利用斯托克斯定理,由上式求得 该式称为媒质中安培环路定律的微分形式。它表明媒质中某点磁场强度的旋度等于该点传导电流密度。由于磁场强度仅与传导电流有关,因此,磁场强度的引入简化了媒质中磁场强度的计算,正如使用电位移可以简化介质中静电场的计算一样。 媒质中的磁化电流并不影响磁场线处处闭合的特性,因此,媒质中磁感应强度通过任一闭合面的通量仍为零,因而磁感应强度的散度仍然处处为零,即在媒质中下式仍然成立。 * * 对于大多数媒质,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。磁导率常用相对值表示,相对磁导率 ?r 定义为 * * 但是,无论抗磁性或者顺磁性媒质,其磁化现象均很微弱,因此,可以认为它们的相对磁导率基本上等于1。铁磁性媒质的磁化现象非常显著,其磁导率可以达到很高的数值。值得注意的是,近年来研发的新型高分子磁性材料,其相对磁导率可达到与介电常数同一数量级。 抗磁性媒质磁化后使磁场减弱,因此 顺磁性媒质磁化后使磁场增强,因此 媒质 媒质 媒 质 金 0.9996 铝 1.000021 镍 250 银 0.9998 镁 1.000012 铁 4000 铜 0.9999 钛 1.000180 磁性合金 105 * * 与介质的电性能一样,媒质的磁性能也有均匀与非均匀,线性与非线性、各向同性与各向异性等特点。若媒质的磁导率不随空间变化,则称为磁性能均匀媒质,反之,则称为磁性能非均匀媒质。若磁导率与外加磁场强度的大小及方向均无关,磁感应强度与磁场强度成正比,则称为磁性能各向同性的线性媒质。磁性能各向异性的媒质,其磁导率具有9个分量,B 与 H 的关系为 * * 对于磁性能均匀线性且各向同性的媒质,由于磁导率与空间坐标无关,根据恒定磁场基本方程 又知 ,由亥姆霍兹定理得 它所满足的微分方程式为 可以认为,上式是下式的特解,即自由空间的解。 上述结果表明,对于均匀线性的各向同性媒质,只要将真空中恒定磁场方程式中的真空磁导率 ?0 换为媒质磁导率 ? 即可应用。 * * * * 这三个方程称为介质特性方程或本构方程。他们分别从介质的极化、导电及磁化三个不同的特性描述了介质与场之间的相互作用。 至此,我们讨论了介质的极化性能、导电性能以及磁化性能,它们分别用介电常数 、电导率 及磁导率 三个参数描述。对于各向同性的线性介质已知该三个参数满足的方程分别为 6. 恒定磁场的边界条件 恒定磁场边界条件的推导与静电场的情况完全类似。结果如下: ?1 ?2 B2 H1 B1 H2 en (1) 当边界上不存在表面电流时,磁场强度的切向分量是连续的,即 对于各向同性的线性媒质,上式又可表示为 (2) 磁感应强度的法向分量是连续的, 即 对于各向同性的线性媒质,由上式求得 * * 由上可见,边界两侧磁场强度及磁感应强度的大小及方向均要发生变化。这种不连续性是由于边界上存在的表面磁化电流引起的。 考虑到回路方向与回路界定的有向面方向形成右旋关系,上式又可写成矢量形式 ?1 ?2 en et * * 根据 可以导出边界上磁感应强度的切向分量与磁化

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