电磁学教学资料电磁学第五章-磁场中的磁介质

1,第四章稳恒磁场1基本磁现象2安培定律3磁感应强度矢量4磁场的高斯定理5安培环路定律6磁场对载流导线的作用7磁场对运动带电粒子的作用第五章电磁感应和暂态过程1电磁感应现象2法拉电磁感应定津3动生电动势4感生电动势涡旋电场5自感和互感6涡电流趋肤效应7暂态过程第六章磁介质1磁介质2磁场的边值关系3顺磁质抗磁质铁磁质4磁场的能量和能量密度,课程内容,2,第五章磁场中的磁介质,主要内容,磁介质磁矩磁介质的磁化的环路定理铁磁质磁场的能量密度,3,1磁介质,磁介质是指放在磁场中受磁场影响或反过来影响原来磁场的物质。,2.磁介质对磁场的影响,相对磁导率反映磁介质性质,在介质均匀充满磁场的情况下,与介质有关的电流产生,3.磁介质的分类,(2)顺磁质（锰、铬、铂、氧）,(1)抗磁质（锌、铜、水银、铅）,减弱原场,增强原场,(3)铁磁质,通常不是常数,具有显著的增强原磁场的性质,强磁性物质,弱磁性物质,5,2磁矩,原子中运动的电子的轨道磁矩,(1)圆电流的磁矩,为圆面积的正法线单位矢量,它与电流流向成右手螺旋法则。,6,(2)原子中运动的电子的轨道磁矩,电子的沿圆形轨道运动电流,电子的轨道磁矩,电子的沿圆形轨道角动量,则电子的轨道磁矩,7,2.原子中运动的电子的自旋磁矩,上式中的s为自旋角动量,玻尔磁子,3.原子中原子核磁矩,原子核也有磁矩,但小于电子磁矩的千分之一。,4.分子磁矩,电子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核的磁矩的总和，叫分子磁矩。,某些分子在正常情况下,其磁矩的矢量和一定，称为分子的固有磁矩。,抗磁质,无外场作用时，对外不显磁性。,顺磁质,无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性,外场与分子磁矩m同向,外场与分子磁矩m反向,相当于在原来的上附加了一反向磁矩,相当于在原来的上附加了一同向磁矩,(1)分子磁矩方向变化磁矩将转向外场方向。,(2)分子磁矩大小变化,结论：附加的,总是与外场方向相反,5.磁场对磁介质分子的作用,1.顺磁质的磁化机制,由具有固有磁矩的分子形成的物质；在外场作用下,每个磁矩都受到一个力矩,使分子磁矩转向外磁场方向；各分子磁矩在一定程度上沿外场排列；热运动对磁矩排列起破坏干扰作用，温度越高顺磁效应越弱。,3磁介质的磁化,2.抗磁质的磁化机制,每个分子无固有磁矩；(相互抵消)在外场作用下,感生磁矩都与外场方向相反。顺磁质:抗磁效应比顺磁效应小被掩盖。,抗磁质,束缚电流,束缚电流,L,顺磁质,13,3.磁化强度,(1)定义:,体积元内第i个分子的磁矩,的单位：A/m,(2)实验表明：对于各向同性的顺磁质和抗磁质(以及铁磁质在磁场较弱时)，,为介质中磁场的磁感应强度,对比电介质,14,推导：,S,穿过L所围曲面S的磁化电流,则套住dl的分子电流：,设分子浓度为n，,4.磁化强度与束缚电流的关系,15,介质表面磁化电流密度：,选,磁化面电流密度,若平行于表面，则j=M,考虑到方向,16,3.磁化规律(实验规律)各向同性线性磁介质,介质的磁化率,对比电介质,极化率,与磁介质内任意闭合路径L铰链的总束缚电流,17,磁化强度,磁化强度与磁化电流的关系,极化强度,对比电介质,18,各向同性线性磁介质,磁导率,令,则有,将,代入,得,对比各向同性线性电介质,19,4H的环路定理,1.磁介质内的总磁感强度,自由电流,介质磁化的束缚电流,总磁感强度,20,2.的环路定理,由安培环路定律,(1)如图所示,又因为,所以,21,(2)磁场强度,定义磁场强度,对各向同性磁介质,(3)的环路定理,23,例一无限长直螺线管，单位长度上的匝数为n，螺线管内充满相对磁导率为的均匀磁介质。今在导线内通以电流I，求管内磁感应强度和磁介质表面的面束缚电流密度。,解：,如图,充满介质后，管内磁场应均匀，其方向平行于轴线，管外磁场为零,24,则有:,根据H的环路定理,又,25,顺磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相同,抗磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相反,铁磁质：，管内磁场主要由束缚电流产生,由此可见,26,求：,例厚2h的无限大均匀各向同性介质平板，相对磁导率r，传导电流密度为。,解：,任一与yz面平行的平面是系统的镜面：,分析对称性：,沿x、z轴方向平移任意距离的平移对称性：,xz面是系统的镜面：,也具有相同性质：,板外：,对矩形回路L有：,板内：,对矩形回路L有：,磁化面电流密度,上表面：,下表面：,为何上下表面磁化面电流总和不为0？,思考：,31,作业：,无传导电流处也无磁化电流。,证明在各向同性均匀磁介质内,32,5铁磁质,1.磁化曲线,(1)环状铁芯被磁化,改变I，可以得多组H和B的值，由此可绘磁化曲线,1.r1可使原场大幅度增加。,2.r与磁化历史有关B-H非线性。,磁化过程,(2)铁磁质中的B和随H变化的磁化曲线,35,2.软磁材料硬磁材料,很小,磁滞回线瘦,如图(a),常用来做电磁铁等的铁芯,软磁材料:,较大,磁滞回线较胖,如图(b),常用来做计算机的铁芯,硬磁材料:,3.居里点Tc,Tc:铁磁质特性消失成为顺磁质的转变温度。,例如铁的Tc:1040K钴的Tc:1390K,1.软磁材料,Hc