电磁学第十五章.ppt

* 第十五章 磁介质的磁化 本章学习内容 1. 了解顺磁质、抗磁质和铁磁质磁化过程 的宏观特征和规律。 2. 理解磁化强度的物理意义，掌握磁感强 度、磁场强度和磁化强度三者的关系。 3. 掌握磁介质中的安培环路定理及磁介质 中的磁场的计算。 4. 了解铁磁质的磁化现象，了解磁畴、剩 磁、磁滞回线、居里温度等概念。 5. 了解软磁材料、硬磁材料、铁氧体等磁 性材料的实际应用。 第十五章 磁介质的磁化 §15.1 磁介质的磁化 磁化强度 §15.2 有介质时的安培环路定理 §15.3 铁磁质 一.磁介质及其分类 1.磁介质：凡是能影响磁场的物质叫磁介质。 2.磁介质的分类 ①顺磁介质：如金属铝、锰、铬等。 ＞1，顺磁质； ＜1，抗磁质； 1，铁磁质。 ②抗磁介质：如金属金、银、铜等。 ③铁磁介质：如金属钢、铁、钴、镍等。 §15.1 磁介质的磁化 磁化强度 二.相对磁导率 ：外场； ：附加场； ：磁介质中的场。 二.物质磁性的电起源 1.电子轨道磁矩： 电子轨道运动角动量： 氧原子的轨道磁矩： §15.1 磁介质的磁化 磁化强度 I 2. 电子自旋运动产生的磁矩[玻尔磁子] ： 3. 原子核的磁矩为电子磁矩的1/1000，一般不计。 4. 固有磁矩：分子中所有电子的轨道和自旋磁矩以及核的自旋磁 矩的矢量和。 ◆抗磁质的固有磁矩为零； ◆顺磁质的固有磁矩具有定值。 fL B0 ?? v F向 5.分子的附加磁矩??： 当外磁场 B0作用后，电子受到 fL 的作用，向心力 减小，电子运行速度减小，等效于电流减小，相当 于出现反向电流，即磁化电流，形成附加磁矩??。 ◆附加磁矩??总是与B0反向。 6.明确几点 ①抗磁性是一切磁介质固有的特性，它不仅存 在于抗磁介质中，也存在于顺磁介质中； ②对于顺磁介质： ??＞?? ， 顺磁效应 抗磁效应。 ③抗磁介质中附加磁矩起主要作用， ??=0，??≠0。 §15.1 磁介质的磁化 磁化强度 三.磁化强度：描写磁介质磁化程度的物理量。 1.定义：单位体积内分子磁矩的矢量和。 单位：A/m， 方向：与分子磁矩矢量和同向。 四.磁化电流 Im、磁化电流密度 jm 1.磁化电流 Im：在 B0 作用下， 分子电流等效成介质表面的磁 化电流 Im。 Ic Im L §15.1 磁介质的磁化 磁化强度 2.磁化电流密度 3.磁化强度大小数值上等于磁化电流密度： 证明：作一矩形的闭合路径abcda，则 而cd段处在真空中： 再有ab段上M 大小相等方向相同。 Ic Is L a b c d 电介质中 §15.1 磁介质的磁化 磁化强度 ● 问题的提出 在真空中的安培环路定理中： 在磁介质中时，?I为所有电流的代数和； 如果求 B，因涉及Im而无法进行。 一.磁介质中的安培环路定理 1.定理：磁场强度沿闭合路径的线积分，等于环路 所包围的传导电流的代数和。 2.定理证明： 由安培环路定理 §15.2 有介质时的 安培环路定理 和 有 Ic Is M a b c d B 由于两项积分所取的环路相同，可将两项积分合并有： 定义 为磁场强度 即 电介质中 3.明确几点 ①H是为消除磁化电流的影响而引入的，它是一 个辅助物理量。 ②H既与磁感应强度B有关，又与磁化强度M有 关，所以H又是混合物理量。 ③磁场强度的单位与M相同，A/m。 ④若∮H?dl=0不一定环路上各点的H为0，因为H是环路内、 外电流共同产生的，也不一定环路内无电流。 §15.2 有介质时的 安培环路定理 二.几个结论 证明：以长直螺线管为例 ∵ B = B0+B?， B=?r B0 ∴ ?r B0= B0+B?， B?=(?r - 1)B0 由螺线管内部的磁感应强度计算公式：B = ?onI 1.结论1：磁化电流与传导电流的关系 ?on Im= (?r- 1)?on Ic ，得：Im=(?r- 1) Ic §15.2 有介质时的 安培环路定理 2.结论2：在均匀的磁介质(非铁磁质)中 证明：由 和 有 其中 为磁导率，单位：T·m·A-1 即 3.结论3：磁介质（非铁磁介质）中，磁化强度与磁场 强度具有线性关系。 为磁化率。 证明：由 有 顺磁介质：?r 1， ? m 0 ； 抗磁介质：0?r 1，-1 ? m 0； 铁磁介质：?r 1， ? m 0。 §15.2 有介质时的 安培环路定理 四.应用介质中安培环路定理解题方法 1.场对称性分析； 2.选取环路； 3.求环路内传导电流的代数