电磁学介质静磁学.ppt

1、1. 磁介质的种类,11.7 介质静磁学,电场中，电介质极化后，在均匀电介质表面出现极化电荷，于是电介质中的电场为,与此类似，磁场中，磁介质磁化后，在均匀磁介质表面出现磁化电流，于是磁介质中的磁场为,一. 磁介质和磁化强度,磁介质是能够影响磁场分布的物质。,根据r的取值，可将磁介质分为四类,式中, r叫磁介质的相对磁导率, 它随磁介质的种类和状态的不同而不同。对真空， r=1。, 无外加磁场,(1)抗磁质：,(2)顺磁质：,2. 抗磁质和顺磁质的磁化,分子中电子运动的磁效应可用一个圆电流(分子电流)来等效。,分子的热运动， 取每一个方向的概率相等，故也不显磁性。,分子中的电子受到洛仑兹力的作用

2、, 除了绕核运动和自旋外, 还要附加一个以外磁场方向为轴线的转动, 从而形成进动。, 在外磁场中,(1)抗磁质：,称为感应磁化。,(2)顺磁质：,称为取向磁化。,右手螺旋,左手螺旋,无论顺磁质还是抗磁质磁化后均在介质表面产生磁化电流，也称束缚电流。,3. 磁化电流,单位体积内分子磁矩(包括附加磁矩)的矢量和,4. 磁化强度,反映磁介质的磁化程度。若在某介质内各点的 相同，就称为均匀磁化。,5. 磁化电流与磁化强度的关系,为简单起见, 我们用长直螺线管中的圆柱体顺磁质来说明它们的关系。,设磁化电流线密度(即垂直电流方向单位长度上的磁化电流强度)为J,则此磁介质中的总磁矩为,按磁化强度的定义 ，有

3、,=磁介质中所有分子磁矩的矢量和,即磁化电流线密度J 等于磁化强度M 的大小 。,取如一矩形闭合路径l, 则磁化强度的环流为,是介质表面外法线方向上的单位矢量。,闭合路径l 所包围的磁化电流的代数和,一般情况下, J=Msin, 是 与 间的夹角,可写成下面的矢量式:,二. 介质中磁场的性质,1.有磁介质的磁高斯定理,当空间存在磁介质时，空间各点的磁感应强度,磁化电流产生的磁场与传导电流产生的磁场一样，磁感应线都是闭合曲线。因此，在有磁介质存在的情况下，高斯定理成立：,2.有磁介质的安培环路定理,在磁介质中, 安培环路定理应写为,式中, Io内和 I内分别是闭合路径 l 所包围的传导电流和磁化

4、电流的代数和。,由于:,定义：磁场强度矢量,这就是磁介质中的安培环路定理。,实验表明,在各向同性磁介质中：,其中m叫磁介质的磁化率。,可证明1+m=r相对磁导率, or= 磁导率, 则,得到：,由：,得：,例11.7.1 同轴电缆：一根长直同轴线,两导体中间充满磁导率为 的各向同性均匀非铁磁绝缘材料。传导电流I沿导线向上流去,由圆筒向下流回，设电流在截面上都是均匀分布的。求同轴线内外的磁场强度H和磁感应强度B的分布，以及贴导线的磁介质内表面上的磁化电流。,解: 由安培环路定理:,及 B= H,H2 r,I,0,B=0,= 0,紧贴导线的磁介质内表面处的磁化强度,磁化电流线密度,介质内表面处的总

5、磁化电流,例11.7.2 一充满均匀磁介质的密绕细螺绕环，,求: 磁介质内的,解:,取回路如图，设总匝数为N,则,细螺绕环 R1=R2=r,讨论：设想把这些磁化面电流也分成每米103匝，相当于分到每匝有多少？,2(A),充满铁磁质后,作业 习题册：习题二十 稳恒磁场（七）,一.铁磁质的宏观性质,1. 高值,铸钢： r =5002200， 硅钢： r =7000,坡莫合金： r =105,因此, 在外磁场中放入铁磁质可使磁场增加102104倍左右。,2. 非线性,相对磁导率r要随磁场的强弱发生变化，因此B和H的关系是非线性的。,11.8 铁磁性,3. 有磁滞(剰磁)现象,一般说来，抗磁质和顺磁质

6、在外磁场消失时，磁性也消失。但铁磁质不同，外磁场消失后，还会保留部分磁性，这就是磁滞现象。,Br剩磁,Hc 矫顽力 (使铁磁质中的磁场完全消失所需加的反向磁场强度的大小),磁滞回线,硬磁材料,软磁材料,特点：,磁滞损耗大，,适合制作永久磁铁、磁心（记忆元件）等。,磁滞回线“胖”，,磁滞回线“瘦”，,磁滞损耗小，,适于制作交流电磁铁、变压器铁心等。,特点：,二. 铁磁质的微观解释,铁磁质中起主要作用的是电子的自旋磁矩。各电子的自旋磁矩靠交换偶合作用使方向一致，从而形成自发的均匀磁化小区域 磁畴。,用磁畴理论可以解释铁磁质的磁化过程、磁滞现象、磁滞损耗以及居里点,（1）零电阻现象：,当物质的温度下

7、降到某一确定值TC（临界温度）时，物质的电阻率由有限值变为零的现象称为零电阻现象，也称为物质的完全导电性。临界温度TC是一个由物质本身内部性质确定的、局域的内禀参量。若样品很纯，且结构完整，超导体在一定温度下，由正常的有阻状态（常导态）急剧地转为零电阻状态（超导态），如图的曲线。,超导体,同时具有完全导电性和完全抗磁性的物质称为超导体。完全导电性和完全抗磁性是超导电性的两个最基本的性质。,1911年:卡茂林昂尼斯意外地发现，将汞冷却到268.98时，汞的电阻突然消失；后来他发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性 1987年2月16日:美国国家科学基金会宣布，朱经武与吴茂昆

8、获得转变温度为98K的超导体 1987年2月20日:中国也宣布发现100K以上超导体。1987年3月3日，日本宣布发现123K超导体。 1996年改进高温超导电线的研究工作取得进展，制成了第一条地下输电电缆。欧洲电缆巨头皮雷利电缆公司、美国超导体公司和旧金山的电力研究所共同把6000米长的铋、锶、钙、铜和氧制成的线缠绕到一根保持超导温度的液氮的空管子上。,历史,超群的超导磁体,超导计算机,高温超导薄膜,磁悬浮列车,1933年，迈斯纳（W.F.Meissner）和奥克森菲尔德(R.0chsenfeld)把锡和铅样品放在磁场中冷却到其转变温度以下,测量了样品外部的磁场分布.他们发现,不论是在没有外加磁场或有外加磁场的情况下使样品从正常态转变为超导态,只要T TC,在超导体内部的磁感应强度Bi总是等于零的,这个效应称为迈斯纳效应.,（2）迈斯纳效应,表明超导体具有完全抗磁性.这是超导所具有的独立于零电阻的想象的另一个最基本的性质.迈斯纳效应可以用磁悬浮实验来演示.当我们将永久磁铁慢慢落向超导体时,磁铁会被悬浮在一定的高度上而不触及超导体.其原因是,磁感应线无法穿过具有完全抗磁性的导体,因而磁场受到畸变而产生向上的浮力.,例11.8.1 图示为三种不同的磁介质的BH关系曲线，其中虚线表示的是B=oH的关系。a、b、c各代表哪一类磁介质的BH关系曲线：,a代表 的BH关系曲线