磁介质的磁化.pptx
1 撤撤除除外外磁磁场场致致使使分分子子磁磁矩矩回回到到无无序序状状态态的的磁磁性性称称为为顺顺磁磁性性(paramagnetism)，具具有有顺顺磁磁性性的的物物质质称称为为顺顺磁质磁质，如锰、铬、铂、氮和氧等都属于此类。，如锰、铬、铂、氮和氧等都属于此类。具具有有强强烈烈磁磁性性的的物物质质称称为为铁铁磁磁质质(ferromagnet)，如如铁铁、钴钴、镍镍和和它它们们的的合合金金，稀稀土土钴钴合合金金，钕钕铁铁硼硼以以及及各各种种铁铁氧氧体体等等都都属属于于此此类类。铁铁磁磁晶晶体体原原子子间间存存在在交交换换作作用用，使使相相邻邻原原子子磁磁矩矩自自发发彼彼此此平平行行排排列列，抵抵御御分子热运动的破坏作用。分子热运动的破坏作用。分分子子磁磁矩矩为为零零时时，电电子子在在外外磁磁场场作作用用下下产产生生一一种种附附加加磁磁性性。磁磁化化强强度度方方向向总总与与外外磁磁场场方方向向相相反反，为为抗抗磁磁性性(diamagnetism)。具具有有这这种种磁磁性性的的物物质质称称为为抗抗磁磁质质，如汞、铜、铋、氢、氯、银、锌和铅等。如汞、铜、铋、氢、氯、银、锌和铅等。第1页/共14页2 磁介质在一定温度和一定外磁场下，都将表现磁介质在一定温度和一定外磁场下，都将表现出一定的宏观磁性，这就是出一定的宏观磁性，这就是磁化磁化(magnetization)。磁化强度矢量磁化强度矢量表征宏观磁性，定义表征宏观磁性，定义为单位体积内分子磁矩的矢量和为单位体积内分子磁矩的矢量和 式中式中 是体积是体积 内的分子磁矩或分子内的分子磁矩或分子感生磁矩的矢量和。感生磁矩的矢量和。如果磁介质中各处的磁化强度的大小和方向都一致，就称均匀磁化。在国际单位制中,磁场强度和磁化强度的单位都是Am-1(安培/米)。第2页/共14页3 二、磁化的磁介质内的磁感应强度二、磁化的磁介质内的磁感应强度 在在磁磁介介质质内内任任意意一一点点上上总总有有成成对对个个方方向向相相反反的的分分子子电电流流通通过过，效效果果上上互互相相抵抵消消，但但在在磁磁介介质质边边缘缘表表面形成大的环形电流，称为面形成大的环形电流，称为磁化电流磁化电流。顺顺磁磁质质磁磁化化电电流流的的方方向向与与螺螺线线管管中中的的传传导导电电流流的的方方向向相同，抗磁质则相反。相同，抗磁质则相反。III 在磁化的磁介质内任意点在磁化的磁介质内任意点 ，对顺磁质，对顺磁质 与与 方方向向相相同同，因因而而 ；对对于于抗抗磁磁质质，与与 方方向向相相反，因而反，因而 。第3页/共14页4 把把附附加加磁磁场场看看作作单单位位长长度度上上电电流流为为i 的的长长直直螺螺线管在其内部产生的磁场，线管在其内部产生的磁场，B=0i=0 M 长直圆柱状磁介质长度为l，横截面积为S，磁化后表面单位长度的磁化电流为i(表面的总磁化电流为I=il)，总磁矩磁介质磁化强度大小 螺线管内部磁介质任一点螺线管内部磁介质任一点 ,可由传导电流可由传导电流I0和螺线管的绕组密度和螺线管的绕组密度n求得。求得。对于任何磁介质，对于任何磁介质，的方向总与的方向总与 方向一致，写为矢量形式方向一致，写为矢量形式第4页/共14页5三、磁化强度与磁化电流的关系 磁化强度与磁化电流的普遍关系。介质磁化后 不再等于零，同时介质表面出现磁化电流 I，二者是同一物理现象的不同表现。设磁介质内每个分子具有相同分子电流 i，分子电流所包围的面积都是a，每个分子磁矩 都平行排列，介质dlLSBA 取线元dl为轴，a为底作一柱体，底面与dl夹角，柱体积d=acosdl=，分子电流数目 nd=，贡献电流 nid=第5页/共14页6 介介质质表表面面单单位位长长度度的的磁磁化电流为化电流为i，则，则 介介质质表表面面磁磁化化电电流流密密度度只只决决定定于于磁磁化化强强度度沿沿该该表表面面的的切切向向分分量量，与与法法向向分分量量无无关关，只只存存在在于于介介质表面附近磁化强度有切向分量的地方。质表面附近磁化强度有切向分量的地方。bacdl 在在磁磁化化强强度度为为 的的介介质质表表面取一矩形环路面取一矩形环路abcda，表面 Mcos=Mt是是磁磁化化强强度度沿沿介介质质表表面面的的切切向向分分量量，得到重要关系得到重要关系Mt=i 或者或者第6页/共14页7四、有磁介质存在时的安培环路定理 j0是传导电流密度，S是以L为边界的曲面。上式就是有磁介质存在时的安培环路定理，是安培环路定理的普遍形式。磁场强度矢量 微分形式可写作 引入磁场强度 与在静电场中存在电介质时引入辅助量电位移 的情形是很相似的。第7页/共14页8磁场强度和磁化强度的单位都是Am-1(安培/米)。=0 r 称为磁介质的绝对磁导率 ，r=1+m 称为磁介质的相对磁导率称为磁介质的相对磁导率 对于各向同性的顺磁质和抗磁质，存在对于各向同性的顺磁质和抗磁质，存在 ，表示对于各向同性的顺磁质和抗磁质，磁化强度与磁表示对于各向同性的顺磁质和抗磁质，磁化强度与磁场强度成正比。式中场强度成正比。式中 m 称为磁介质的磁化率称为磁介质的磁化率。顺磁质m0，r1；抗磁质m0，r1；铁磁质m和r都很大，都是 的非单值函数，。真空中m=0,r=1,=0,于是 。第8页/共14页9五、边界条件五、边界条件(boundary condition)在磁导率分别为在磁导率分别为 r1和和 r2的分的分界面处作一扁平的柱状高斯面，界面处作一扁平的柱状高斯面，对此高斯面运用磁场高斯定理对此高斯面运用磁场高斯定理 在在两两种种不不同同的的磁磁介介质质分分界界面面两两侧侧 和和 一一般般要要发发生突变，但必须遵循一定的边界条件。生突变，但必须遵循一定的边界条件。r1 r2界面S 即 或B1n=B2n，表示从一种介质过渡到另一种介质时，磁感应强度的法向分量不变。第9页/共14页10 假设在界面上不存在传导电假设在界面上不存在传导电流，根据安培环路定理有流，根据安培环路定理有bacdr1 r2界面l 在在介介质质分分界界面面处处作作一一矩矩形形的的回回路路abcda，使使两两长长边边分分别别处处于于两两种种介介质质中中，与与界界面面平平行行，短短边边很很小小，取切向单位矢量取切向单位矢量 的方向沿界面向上。的方向沿界面向上。即即 或或H1t=H2t，表表示示从从一一种种介介质质过过渡到另一种介质时，磁场强度的切向分量不变。渡到另一种介质时，磁场强度的切向分量不变。第10页/共14页11例1 在相对磁导率r=1000的磁介质环上均匀绕着线圈,平均周长单位长度上的匝数为n=500m-1，通电流I=2.0A。求磁介质环内的磁场强度H、磁感应强度B和磁化强度M。解 利用安培环路定理可求得磁介质内的磁场强度H 取介质环的平均周长(半径为r)为积分路径，得 2 rH=2 rnI第11页/共14页12环内的磁场强度为 H=nI=5002.0 Am1=1.0103Am-1，B=0 r H=410-71031.0103 T=1.2 T.根据第12页/共14页13例例2 长长直直单单芯芯电电缆缆的的芯芯是是一一根根半半径径为为R 的的金金属属导导体体，它它与与外外壁壁之之间间充充满满均均匀匀磁磁介介质质，电电流流从从芯芯流流过过再再沿沿外壁流回。求介质中磁场分布及与导体外壁流回。求介质中磁场分布及与导体相邻的介质表面的束缚电流。相邻的介质表面的束缚电流。（R1rR2)沿圆切线方向沿圆切线方向方向与轴平行方向与轴平行磁介质内表面的磁介质内表面的总束缚电流总束缚电流R解解 第13页/共14页14感谢您的观看！第14页/共14页
