有磁介质存在时的磁场课件.ppt

1、大学物理本次课的内容主要内容P308：5.5;5.7作 业预 习法拉第电磁感应定律1、磁介质及其磁化2、磁介质中的磁场高斯定理、安培环路定理3、磁场的边值关系理理 学学 院院 物物 理理 系系沈曦沈曦5 1 有磁介质存在时的磁场磁介质1、什么是磁介质凡是能与磁场发生相互作用的物质叫磁介质。2、磁介质的作用AA?K铁芯线圈A中的感应电流大大增强了铁芯可使线圈中的磁通量大大增加感应电流与磁通量时间变化率成正比BBBo?有磁介质存在时的磁场磁介质2、磁介质的分类、磁介质的分类抗磁质（如锌、铜、铅等）顺磁质（如锰、铬、铂等）顺磁质和抗磁质 弱磁性物质铁磁质强磁性物质思考：不同磁介质为什么会呈现上述不同

2、的磁性呢？0BBr?在介质均匀充满磁场时：（相对磁导率）超导体 有磁介质存在时的磁场磁介质r?Oe?emf:旋转频率电子的轨道磁矩：IS?2ref?电子的自旋磁矩：核磁矩：忽略不计。【分子磁矩】分子所有电子的轨道磁矩与自旋磁矩的和msmlmppp?自旋角动量对应的磁矩轨道角动量对应的磁矩【分子电流圈】每个分子等效一个圆电流（分子电流）mp?00?顺磁质抗磁质5 2 有磁介质存在时的磁场磁介质的磁化1、磁力矩对电子轨道角动量的影响、磁力矩对电子轨道角动量的影响感应磁化L?-e等效圆电流轨道角动量绕磁场进动B?mP?感生磁矩mP?L?-emP?B?mP?结论：感应磁化所产生的附加磁矩总是与外磁场方

3、向相反。抗磁性（一切物质都具有抗磁性）有磁介质存在时的磁场磁介质的磁化2、磁力矩对分子磁矩取向的影响、磁力矩对分子磁矩取向的影响取向磁化抗磁质：0?mp?抗磁质只存在感应磁化顺磁质：0?mp?无外场有外磁场0B?BPm?/?热运动顺磁质必存在取向磁化（顺磁性）思考：顺磁质为什么在磁场不表现出抗磁性？有磁介质存在时的磁场磁介质的磁化VpMiiV?分子,0lim?说明：1 1、磁化强度矢量、磁化强度矢量1?mA单位：（2）当。一般情况下。?MB?)(BfM?（1）磁化强度矢量与磁化介质中某点分子磁矩定向排列程度有关。有磁介质存在时的磁场磁介质的磁化2、磁化电流特例法：长直螺线管内部充满均匀的各向同

4、性介质顺磁质0B?横截面0B?0B?【磁化电流】在外磁场作用下，磁介质界面出现的电流。?磁化电流的特点：磁化电流的特点：(1)能激发附加磁场，但无热效应；BBB?0(2)不可引出，故称为束缚电流。有磁介质存在时的磁场磁介质的磁化3、磁化强度与磁化电流的关系、磁化强度与磁化电流的关系0B?mIL引入：磁化电流面密度LIjmm?结论1M?nMjm?结论2?mIl dM?n 有磁介质存在时的磁场磁介质的磁化3、磁化强度与磁化电流的关系、磁化强度与磁化电流的关系Sljpmm?impp?磁矩mmmjVSljVpM?VpMi?nMjm?l?Smj?证明一：有磁介质存在时的磁场磁介质的磁化比较一下电介质nP

5、?SSqSdP?电极化强度束缚电荷磁介质nMjm?mIl dM?5 3 有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场磁介质稳恒磁场磁介质磁化磁介质表面产生磁化电流磁介质内部产生磁极化场?LmlMI?dBBBo?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场若S是闭合曲面，仍取闭合曲面的正法矢由闭曲面内指向外，由于磁感应线都是闭合曲线，进入任何闭曲面的磁力线条数，必定等于从闭曲面穿出的磁力线条数，所以磁力线对任何闭曲面的通量等于零。这一结果与无介质时相同。0)(?SSdB?SB?n?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场)()()(0?内内LmLcLIIl dB?)()(0?LLcLl dMIl dB?内?)(内LmLI

6、l dM?定义：磁场强度矢量MBH?01?)(内LcLIl dH?磁场强度矢量的环量等于环路所包围的全电流的代数和。有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场实验表明对于均匀、线性、各向同性磁介质，介质内一点HM?HMm?:磁化率(纯常数)m?HMHBm?)1()(00?HB?mr?10?r?相对磁导率磁导率 有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场?之间的关系PED?、HMm?之间的关系MBH?、MBHdef?0?)1(mr?HHBr?0小结对比?cLIl dH?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场在磁场与磁介质均具有某些特殊对称性的情形下,由H的环路定理可方便地求出磁感应强度等量。(3)由求 H；(1)场

7、对称性分析；(2)选取适当环路；?内LcLIl dH?H?B?载流体?)(内LcLIl dH?M?HB?mj?MBH?0?nMjm?mI?)(内LmLIl dM?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场都具有轴对称分布。解：（1）由电流和介质分布的轴对称性，HB?,芯和外壁间是磁为的均设匀磁介质，求（1）磁介质中的磁感应强度和磁化强度矢量；（2）紧贴芯导体的磁介质中的磁化电流 例1 同轴电缆的芯是半径为 R的导体圆柱，有电流强度I均匀流过芯截面，并沿导电外壁流回。?LIrHl dH?2?R?r?erIH?2?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场?erIH?2?R?erIHB?2?erIHHBMrr?2

8、)1()1(0?（2）求紧靠芯导体表面的磁介质中的磁化电流?eRIMrRr?2)1(|?LrLml deRIl dMI?2)1(Ir)1(?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场（1）真空和介质中的；（2）介质靠近导体的薄层中的磁化面电流。例2 无限大导体薄板上方为真空，下方是磁导率为的均匀无限大抗磁质。当薄板内流有均匀面电流时，求：?j?HB?,?j?解：问题的关键：（1）磁化电流的磁场；（2）介质和真空的磁感应强度大小是否相等；0B?0B?mj?mB?mB?mBBBB?0真空介质 有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场?j?真空B?介质B?mj?mBBBB?0真空介质（1）真空和介质中的HB?,a

9、bcdjllHlH?介质真空l0/?真空真空BH?0/?介质介质BH?jBB?00介质真空jBHjBH?0000 ,介质介质真空真空 有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场?j?真空B?介质B?mj?（2）平板下面介质中的磁化强度矢量jHMr?00)1(介质jnMjm?00?方向：向左n?方向：1B?介质1介质2 有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场设上低和下低之间的距离0?hSBBSdBnnS?)(12?0?nnBB12?1、磁感应强度的边界条件B?0)(12?BBn?2B?S?n?1H?介质1介质2 有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场设上边和下边之间的距离0?nl2、磁场强度的边界条件H?n?j

10、?2H?tl?nl?tttLlHHl dH?)(12?tlj?jHHtt?12jnHH?)(12大学物理本次课的内容主要内容P328：6.5;6.8作 业预 习感生电动势，感生电场1、铁磁介质2、法拉第电磁感应定律3、动生电动势11,HB?介质1介质2 有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场nnBB12?22,HB?n?nB2nB1j?tH2tH1jHHtt?12若：0?jttHH12?M?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场 例3如图所示为一均匀磁化的铁棒（永磁棒），试定性地说明图中标出的四点出的和（设铁棒内部的磁导率约为）。B?H?0?3?4?2?1mj解：铁棒可假想为其表面流有柱面电流（或螺线

11、管），它由磁化电流（束缚电流）所产生。柱面电流面密度为，它在周围会产生磁场。j?nMj?Mj?有磁介质存在时的磁场磁介质中的磁场M?3?4?2?1mjMj?MjB001?MBB013212?0011?MBH?2033MMBH?012?HHMBB03421?0202?HB?MBH21044?5 4 有磁介质存在时的磁场铁磁介质002IRNIH?:B用一个次级线圈来测量曲线HB 2、铁磁质特性的测量1、铁磁质磁化后可显著增强磁场（102104倍），且除去外磁场后铁磁介质的磁性并不完全消失的磁介质。有磁介质存在时的磁场铁磁介质3、铁磁质的磁滞回线、铁磁质的磁滞回线SB?BHOcHcH?SB?（1）O

12、S段：起始磁化曲线。S?饱和磁化强度rBR?（2）SR段：当H=0时，B=Br 0。剩余磁化强度（3）RC段：退磁曲线。矫顽力G?rB?（5）SG段：完成一个循环。?C?C?S?（4）CS段：到S达到饱和。有磁介质存在时的磁场铁磁介质4、铁磁铁磁质和顺磁质的区别SB?BHOcHcH?SB?S?饱和磁化强度rBR?剩余磁化强度矫顽力G?rB?C?C?S?（1），且随H变化；1/0?r?（3）在某个温度以上，铁磁质的铁磁性消失，转化为普通的顺磁质。此温度称为临界温度，简称居里点。（2）磁化后，当时，即存在剩磁现象；0?H0?B 有磁介质存在时的磁场铁磁介质磁畴磁畴晶粒晶粒按照量子力学理论，电子之间

13、存在着一种“交换作用”，它使电子自旋在平行排列时能量更低。通常在末磁化的铁磁质中，各晶粒内的磁畴的面积基本相同，自发磁化方向相反，在宏观上不显示出磁性来。有磁介质存在时的磁场铁磁介质0B?与外磁场方向基本相同的磁畴的面积增大了，铁磁质显示出磁性。甚至有些晶粒变成了只有单一方向的磁畴。在反复磁化的过程中，晶粒中两方向相反的磁畴会不断地摩擦，产生热量。当铁磁质受到强烈震动，或高温下由于剧烈热运动的影响，磁畴便会瓦解，铁磁质退化为顺磁质。有磁介质存在时的磁场铁磁介质实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大，分为软磁材料，硬磁材料，矩磁铁氧体材料。HBO软磁材料HBO矩磁铁氧体材料磁铁氧体材料HBO硬磁材料 有磁介质存在时的磁场铁磁介质HBO软磁材料磁材料应用硅钢片，作变压器、电机、电磁铁的铁芯，铁氧体(非金属)作高频线圈的磁芯材料。特点磁导率大，矫顽力小，容易磁化，也容易退磁，磁滞回线包围面积小，磁滞损耗小。有磁介质存在时的磁场铁磁介质特点特点 剩余磁感应强度大，矫顽力大，不容易磁化，也不容易退磁，磁滞回线宽，磁滞损耗大。应用应用 作永久磁铁，永磁喇叭等。HB硬硬磁材料磁材料 有磁介质存在时的磁场铁磁介质应用作计算机中的记忆元件，磁化时极性的反转构成了“0”与“1”的物理载体。特点磁滞回线呈矩形状HB矩磁铁氧体材料