磁介质中恒定磁场实用教案

1、EdlL0 ii0q1sdE有源场有源场有势场有势场（保守力场）（保守力场）静电场静电场第1页/共19页第一页，共20页。A A、无头无尾(w tu w wi) (w tu w wi) 闭合曲线B B、与电流(dinli)(dinli)套连C C、与电流成右手(yushu)(yushu)螺旋关系磁力线磁力线磁通量磁通量SBmSmsdB均匀磁场均匀磁场非均匀磁场非均匀磁场一、磁通连续原理一、磁通连续原理（磁场的高斯定理）（磁场的高斯定理）B dSS0磁场是无源场磁场是无源场第2页/共19页第二页，共20页。二、安培环路二、安培环路(hun l)定理定理 ：iiLIldB内0BIr02三、典型三、

2、典型(dinxng)电流电流的磁场：的磁场：1、无限、无限(wxin)长载流直长载流直导线导线 ：2、无限长均匀通电、无限长均匀通电圆柱体圆柱体 ：B =)Rr(0 220RIr)( 20RrrI作回路的要点：依磁场的对称性，选择回路的形状，使回路上的作回路的要点：依磁场的对称性，选择回路的形状，使回路上的B为常数，且和回路方向夹角特殊；如为常数，且和回路方向夹角特殊；如B是变量，则要求是变量，则要求B一定和一定和回路垂直。回路垂直。第3页/共19页第三页，共20页。3、无限长均匀、无限长均匀(jnyn)通电圆柱体通电圆柱体 面：面：R)(r R)(r 20 0rIB4、密绕通电、密绕通电(t

3、ng din)螺螺绕环绕环nIrNIB0025 5、无限大均匀(jnyn)(jnyn)载流平面20jB匀强磁场，方向垂直电流方向，两侧反向第4页/共19页第四页，共20页。第十二章 物质(wzh)(wzh)中的稳恒磁场BBBo介质(jizh)(jizh)的相对磁导率顺磁质抗磁质铁磁质12-1 12-1 磁介质及其分类(fn li)(fn li)类比电介质中的电场，类比电介质中的电场，rBB0定义：定义：111rrr在介质均匀充满磁场的情况下，在介质均匀充满磁场的情况下，一一. . 磁介质的分类磁介质的分类介质对场有影响，总场是：介质对场有影响，总场是：oB：由传导电流产生；：由传导电流产生；

4、B：由与介质有关的电流产生。：由与介质有关的电流产生。第5页/共19页第五页，共20页。二. . 磁介质的磁化 磁化强度1. 1. 分子电流 分子磁矩 磁偶极子每个分子等效(dn xio)(dn xio)一个圆电流pppmmlmspm 0磁畴mp铁磁质铁磁质00顺磁质抗磁质msP：自旋角动量对应的磁矩自旋角动量对应的磁矩mlP：轨道角动量对应的磁矩轨道角动量对应的磁矩2.2.磁化的微观(wigun)(wigun)解释1) 顺磁质磁化顺磁质磁化(chu)对对顺磁质：顺磁质：0msmlmpppmp0B第6页/共19页第六页，共20页。 无外场时，分子磁矩杂乱无章，对外不产生附加磁场；无外场时，分子

5、磁矩杂乱无章，对外不产生附加磁场；加外场后，分子磁矩将受磁力矩加外场后，分子磁矩将受磁力矩(l j)而旋转，趋于和外场而旋转，趋于和外场一致，而对外产生一附加磁场使外场加强。一致，而对外产生一附加磁场使外场加强。2）抗磁质磁化）抗磁质磁化(chu)对抗对抗(dukng)磁质：磁质：0msmlmppp简化两个反向的分子电流，如图所示：简化两个反向的分子电流，如图所示：无外场时，对外不呈磁性；加外场后，分无外场时，对外不呈磁性；加外场后，分子中每个电子将产生一与外磁场反向的附子中每个电子将产生一与外磁场反向的附加轨道磁矩，从而使外场减弱。加轨道磁矩，从而使外场减弱。第7页/共19页第七页，共20页

6、。证明证明(zhngmng)如下：如下：a 、0B/PmmmPPVFf0B/Pm0B/PmmmPPVFf0B/Pm b 、无论何种情况，均使外场无论何种情况，均使外场(wichng)减减弱。弱。第8页/共19页第八页，共20页。3）铁磁质的磁化）铁磁质的磁化(chu)对铁磁质内存在许多小对铁磁质内存在许多小区域，每一区域区域，每一区域pm 0这样(zhyng)(zhyng)的区域称为磁畴。无外场时，每一磁畴的磁矩杂乱无章，对外不呈磁性；加外场后，磁无外场时，每一磁畴的磁矩杂乱无章，对外不呈磁性；加外场后，磁畴的磁矩将受磁力矩而旋转，趋于和外场一致，而对外产生一附加畴的磁矩将受磁力矩而旋转，趋于

7、和外场一致，而对外产生一附加(fji)磁场使外场大大加强。磁场使外场大大加强。二. .磁化强度磁化强度MpVvmiilim0磁化强度的单位是：安培每米（磁化强度的单位是：安培每米（ A/m)A/m)。第9页/共19页第九页，共20页。12-2 12-2 介质中的安培环路定理介质中的安培环路定理(dngl) (dngl) 磁场强度磁场强度一一. .有介质时的环路定理有介质时的环路定理(dngl)(dngl)如图所示，有一密绕的长直如图所示，有一密绕的长直(chn zh)螺线管，通入电流螺线管，通入电流为为I，管中充满磁化强度为，管中充满磁化强度为M 的各向同性的均匀磁介质。的各向同性的均匀磁介质

8、。 i0ABlIl dBl dB )INI(l dBl dBs0ABl ,Ir电电流流均均为为均均为为设设每每一一分分子子电电流流的的半半径径: 为为则则每每一一分分子子电电流流的的磁磁矩矩2mr Ip 第10页/共19页第十页，共20页。sABlIMLl dMl dM :0得得代入代入)INI(l dBsl)l dMNI(l dBll0INIl d)MB(l0MBH0 :令令Il dHlLnpLIrnIms2mmiPnVPM/以以r 为半径，为半径，L为高作圆柱体，对积分有贡献的只是该柱体内的分为高作圆柱体，对积分有贡献的只是该柱体内的分子子(fnz)电流。设分子电流。设分子(fnz)数密度

9、是数密度是n ，则有：，则有：第11页/共19页第十一页，共20页。实验实验(shyn)表表明：明：HM磁化率磁化率:HBMBH00HB)(10r1:令令HBr0HB.称相对磁导率称相对磁导率r称称磁磁导导率率r0二、磁场强度二、磁场强度(cchng qingd)H称为磁场强度。称为磁场强度。HMB、三者的关系HBMo普遍(pbin)(pbin)BHor 对各向同性的磁介质：对各向同性的磁介质：BHI利用利用 解题的思路：解题的思路：Il dH第12页/共19页第十二页，共20页。3.3.磁化电流磁化电流由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们由于分子磁矩的取向一致，考虑到它们(t men)(t m

10、en)相对应的分子电流相对应的分子电流 。长直螺线管内部充满长直螺线管内部充满(chngmn)(chngmn)均匀的各向均匀的各向同性介质，将被均匀磁同性介质，将被均匀磁化，磁化后的截面图如化，磁化后的截面图如右，相当于一个圆电流右，相当于一个圆电流。MLl dMl dMABlLiIssML/Iiss定义：定义：si为磁化面电流线密度。为磁化面电流线密度。第13页/共19页第十三页，共20页。12-3 12-3 铁磁质铁磁质一一. . 铁磁质的宏观铁磁质的宏观(hnggun)(hnggun)性质性质1. 1. 可使原场大幅度增加可使原场大幅度增加1r2. 2. 与磁化历史有关与磁化历史有关 B

11、-H B-H 非线性非线性r3. 3. 磁滞磁滞(c zh)(c zh)现象现象 4. 4. 居里温度居里温度二二. .铁磁性起因铁磁性起因 量子理论量子理论 磁畴磁畴小结小结(xioji)：顺磁质的磁化顺磁质的磁化 ：分子电流的磁矩转向；：分子电流的磁矩转向；抗磁质的磁化抗磁质的磁化 ：分子电流产生附加轨道磁矩分子电流产生附加轨道磁矩 ；铁磁质的磁化铁磁质的磁化 ：磁：磁畴的畴的磁矩的转向。磁矩的转向。10r:.10r;10r;第14页/共19页第十四页，共20页。例：如图所示，长直圆柱体半径例：如图所示，长直圆柱体半径(bnjng)是是R1 ，均匀通有，均匀通有电流电流I ，其相对磁导率为

12、：，其相对磁导率为：ur1 ,外有一层均匀磁介质，相对外有一层均匀磁介质，相对磁导率为：磁导率为：ur2 ，半径，半径(bnjng)是是R2 ，试求：，试求：H 、B 的分的分布；布；(介质内外表面的磁化面电流的线密度介质内外表面的磁化面电流的线密度)。解：利用解：利用(lyng)介质介质中的中的 环路定理可得：环路定理可得：il dH:Rr1221rRIldH212 RIrHHBr1021102 RIrBr:RrR21Il dHrIH2rIBr 220 第15页/共19页第十五页，共20页。rIH2rIB20sIM;MBH01Rr 1211022RIH;RIrBr1121RI)(Irs2Rr

13、 2221RI)(Irs2Rr Il dH第16页/共19页第十六页，共20页。内容内容(nirng)小小节节顺磁质的磁化顺磁质的磁化(chu) ：分子电流的磁矩转向；：分子电流的磁矩转向；抗磁质的磁化抗磁质的磁化(chu) ：分子电流产生附加轨道磁矩分子电流产生附加轨道磁矩 ；铁磁质的磁化铁磁质的磁化 ：磁：磁畴的畴的磁矩的转向。磁矩的转向。10r:.10r;10r;一、介质的磁化机理一、介质的磁化机理Il dHl二、介质中的安培环路定理二、介质中的安培环路定理MBH 0 HB称称磁磁导导率率r0一般：一般：各向同性的介质：各向同性的介质：作业：作业：18-1；18-2；18-3；18-4；

14、18-5；18-6。第17页/共19页第十七页，共20页。2.2.磁化磁化(chu)(chu)的微观解释的微观解释1)1)顺磁性顺磁性0Bmpmpmp0BB方向与方向与 方向相同方向相同2)2)抗磁性抗磁性分子分子(fnz)(fnz)中电子轨道角动量的进动，中电子轨道角动量的进动，电子电子(dinz)轨道磁矩受磁力矩方轨道磁矩受磁力矩方向垂直纸面向内，轨道角动向垂直纸面向内，轨道角动量绕磁场进动。量绕磁场进动。电子附加一个与磁感强度相电子附加一个与磁感强度相反的磁矩反的磁矩mp第18页/共19页第十八页，共20页。感谢您的观看(gunkn)！第19页/共19页第十九页，共20页。NoImage内容(nirng)总结有源场。如B是变量，则