chapter 11 磁场的磁介质2014.ppt

*/21 4. 一无限长圆柱形铜导体，半径为R，通有均匀分布的电流I。今取一矩形平面S（长为1米，宽为2R）,位置如图中阴影部分所示，求通过该矩形平面的磁通量。 解:由安培环路定理计算圆柱体内外磁场分布 计算磁通 I 1m 2R * 第11章 磁场中的磁介质 11.1 磁介质的磁化 11.2 有磁介质时的高斯定理和 安培环路定理 11.3 铁磁质 */25 物质放在电场中→电场作用→被极化；反过来，极化→影响物质中电场的分布。～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，磁化→影响物质中磁场的分布。～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 */25 11.1 磁介质的磁化 一、介绍 磁介质：讨论磁场与物质相互作用时，磁场中的物质 磁化：磁介质在磁场作用下内部状态的变化 称为磁化。 物质的磁性：分子、原子的电结构不同，对磁场的影响不同，即不同磁性。 设磁化后空间任一点的磁感应强度 为原磁场 与磁化后产生的附加磁场 的矢量和。 附加磁场 真空中磁场 磁介质总磁场 */25 相对磁导率μr ： 描述磁介质由于本身性质决定磁化程度的物理量。 对均匀磁介质， 电介质：极化 束缚电荷 极化强度 电位移磁介质：磁化 束缚电流 磁化强度 磁场强度 */25 2 顺磁质: 1 抗磁质: 3 铁磁质: 如锌,铜,水银,铅 如锰,铬,氧,氮 如铁,钴,镍等 说明： 2）对铁磁质，μr 为变量 3）对铁磁质中的永磁体，μr ∞，不再采用该量 1）对弱磁性物质（顺磁质或抗磁质），μr 为常量 二、磁介质的分类 */25 三、磁介质的磁化机理 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+自旋磁矩为电子磁矩 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： */25 顺磁质: 分子固有磁矩不为零。(类似电介质中有极分子) 当 时 当 分子磁矩受外磁场磁力距作用 分子磁矩倾向于沿外磁场方向排列，磁矩的矢量和沿外磁场方向有一定量值，即 2、顺磁质的磁化 （无序?有序） */25 有序排列的分子磁矩，在宏观上形成束缚电流 ，它产生附加磁场 ， 固有磁矩 外磁场 附加磁场 */25 产生附加磁矩 与 反向。 e e ⊙ 抗磁质：分子固有磁矩为零。 3、抗磁质的磁化 */25 外磁场 附加磁场 分子感应磁矩在宏观上形成束缚电流 ，它产生附加磁场 。 说明：? 抗磁效应普遍存在。顺磁质中也有，只是顺磁质的磁化效应大于抗磁效应，宏观就表现为顺磁性。 ? 铁磁质的磁化机制类似于顺磁质。铁磁质中存在一种天然磁化单元——磁畴（在一个微观较大的区域里分子固有磁矩同向排列）。在外磁场的作用使磁畴的排列趋向于磁场方向，由于有序性很强，宏观上表现强磁化。 */25 介质表面出现磁化电流 顺磁质 抗磁质 */25 四、磁化强度和磁化电流 1、引入 单位体积内的分子磁矩的矢量和, 描述磁介质磁化程度 2、定义 磁介质中单位体积内所有分子磁矩的矢量和 3、单位 安培/米 (A/m) 4、说明 磁化强度是描述磁介质的宏观量 与介质特性、温度与统计规律有关 顺磁质M与B0同向，所以B 与B0同方向 抗磁质 反向，所以 反方向 */25 ? 理论上可以证明： ? 束缚面电流密度与磁化强度的关系为： ? 实验证明：均匀、各向同性的弱磁介质被磁化时，有 磁化场强度的环流等于与回路 相套的束缚电流的电流强度 ： 磁导率： */25 11.2 有磁介质时的高斯定理 和 安培环路定理 一、磁介质中的高斯定理 ? 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. */25 二、磁介质中的安培环路定理 引入磁场强度 得 的环路定理 于是有 定理：沿任一闭合路径磁场强度的环路积分等于与该闭合路径相套的自由电流的代数和。 自由电流 束缚电流 */25 对均匀、各向同