磁化介质的附加磁场效应.PPT

CQU CHONGQING UNIVERSITY CQU CQU 4.4.1. 媒质的磁化 图4.4.2 磁偶极子受磁场力而转动 磁效应表示方式：磁偶极子的磁偶极矩 A · m2 4.4 媒质磁化 安培环路定律的一般形式 图4.4.1 磁偶极子 分子电流:将分子中的电子运动对外的磁效应等效于一个细小的圆环形电流。 I —分子电流，电流方向与 面的法向方向成右手螺旋关系 磁化:在外部恒定磁场作用下，媒质中分子电流的磁距取向趋于一致。 2）磁场中媒质（磁介质）的磁化 恒定磁场中媒质的磁化 静电场中介质的极化。 无外磁场作用时，媒质对外不显磁性， 在外磁场作用下，磁偶极子发生旋转，使 磁偶极矩方向转向与外磁场方向一致，对外呈现磁性，称为磁化现象。 用磁化强度 表示磁化的程度，即 实际上是磁偶极矩的体密度 A/m 4.4.2. 媒质磁化后的磁效应（磁化介质的附加磁场与磁化电流） 单个磁极子的磁矢量位： M (rˊ) Vˊ Sˊ 图4.4.3 磁介质的附加磁场 M (rˊ) rˊ r R=rˊ-r O d Vˊ Vˊ Sˊ dm (rˊ) dAm (r) dVˊ中的元磁矩为： 它在真空中 r 点处产生的元磁矢位为 矢量恒等式: 旋度定律 体磁化电流密度 A/m2 面磁化电流密度 A/m 磁化介质的附加磁场为： 磁化电流是否连续？ 结论： 2、磁化介质的附加磁场效应，可归结为体磁化电流和面磁化电流在真空中作用的结果； 3、磁化电流和自由电流在真空中产生的磁场，都遵从毕—沙定律； 1、磁化电流是媒质磁化后产生的宏观电流，仍满足恒定电流连续性原理，即 ； 4、在有磁介质存在的情况下，任一点的磁感应强度都是自由电流和磁化电流在真空中产生的磁场的叠加，即 磁化电流与磁化强度满足右手螺旋定理 磁偶极子与电偶极子对比 模型 场量关系 产生的电场与磁场 电偶极子 磁偶极子 4.4.3. 安培环路定律的一般形式 则有 有磁介质时 将 代入上式，得 移项后 1、安培环路定律一般形式的积分形式 定义磁场强度 说明: ? H的环量仅与环路交链的自由电流有关。 ? 电流的正、负仅取决于环路绕向与电流是否满足右手螺旋关系， 是为正，否为负。 ? 环路上任一点的H 是由系统全部载流体产生的。 图4.4.5 H 的分布与磁介质有关 安培环路定律的一般形式： 积分式对任意曲面S 都成立，则 恒定磁场是有旋场 上式表明： 就是该处的自由电流密度，与磁化电流无关。 2、安培环路定律一般形式的微分形式 恒定磁场是有旋场，自由电流密度是磁场的漩涡源 磁场强度的定义式也是媒质的构成方程 实验证明，在各向同性的线性磁介质中 式中 —— 相对磁导率，无量纲， 磁导率，单位 H/m。 4.4.4. 各向同性线性媒质的构成方程 铁磁物质（铁，钴，镍） 的相对磁导率很大。 硅钢片为7000～10000 或 式中 —— 磁化率，无量纲量，代入 中 各向同性的线性磁介质的构成方程(构成关系、本构关系) 可推得在无限大磁介质中有 同一自由电流在磁介质中产生的磁场是真空中的磁场 倍 例4.4.1.已知圆柱铁管内外半径分别为a和b，其中通过电流I，铁管的磁导率为μ 试求：①磁感应强度B；②铁管中的磁化强度M；③铁管中的体磁化电流密度Jm及铁管表面的面磁化电流密度Km。 解：①取圆心在原点处，半径为r的圆，由安培环路定律得 ②媒质的磁化强度 ③铁管中的体磁化电流密度 体磁化电流 铁管表面上的面磁化电流密度 面磁化电流 总的磁化电流 长直螺线管 B0 Bi 作一长边为l1的矩形回路，应用安培环路定律，有 （1） 例 4.10 如图所示空气中放置密绕有线圈匝数为N、电流为I 的长直螺线管，求管内的磁场。 ?i ?0 l1 解：设长直螺线管的长度为L,单位长度上的匝数为 由于管内磁通 ? i = Bi Si 为有限值，根据磁通连续性原理，管外磁通应等于? i ，所以当 时， S0 ? ? 管外磁感应强度（磁通密度）为0 所以，（3）式在管内处处成立，即 （4） （3） （5） 得 结论： 长直螺线管内的磁场是与管径R无关的均匀磁场。 螺线管外磁场近似为0 。 推论： 载流圆柱表面有面电流 圆柱管内磁感应强度： 由（1）可得 （2） 0 ?i R 0 ?i R 1. 微分方程及其特解 从基本方程出发 矢量运算 取库仑规范（Coulom