电磁学教学资料电磁学第五章-磁场中的磁介质.ppt

《电磁学教学资料电磁学第五章-磁场中的磁介质.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁学教学资料电磁学第五章-磁场中的磁介质.ppt（48页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、1第四章第四章 稳恒磁场稳恒磁场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第五章 电磁感应和暂态过程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暂态过程第六章第六章 磁介质磁介质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第五章磁场中的磁介质主要内容主要内容磁介质磁介质磁矩磁矩磁磁介质的磁化介质的磁化 的环路定理的环路定理铁磁质铁磁质磁场的能量密度磁场的能量密度3 1 磁介质磁介质磁介质

2、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。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磁介质对磁场的影响 相对磁导率 反映磁介质性质磁介质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与介质有关的电流产生与介质有关的电流产生3.磁介质的分类磁介质的分类(2)顺磁质顺磁质（锰、铬、铂、氧）锰、铬、铂、氧）(1)抗磁质抗磁质（锌、铜、水银、铅）锌、铜、水银、铅）减弱原场减弱原场增强原场增强原场(3)铁磁质铁磁质通常不是常数通常不是常数具有显著的增强原磁场的性质具有显著的增强原磁场的性质强磁性物质强磁性物质弱弱磁磁性性物物质质5 2 2 磁矩磁矩原

3、子中运动的电子的轨道磁矩原子中运动的电子的轨道磁矩(1)圆电流的磁矩圆电流的磁矩 为圆面积的正法线单位矢量为圆面积的正法线单位矢量,它与电流它与电流流向成右手螺旋法则。流向成右手螺旋法则。6(2)原子中运动的电子的轨道磁矩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沿圆形轨道运动电流电子的轨道磁矩电子的轨道磁矩电子的沿圆形轨道角动量电子的沿圆形轨道角动量则电子的轨道磁矩则电子的轨道磁矩72.原子中运动的电子的自旋磁矩原子中运动的电子的自旋磁矩上式中的上式中的s为自旋角动量为自旋角动量玻尔磁子玻尔磁子3.原子中原子核磁矩原子中原子核磁矩 原子核也有磁矩原子核也有磁矩,但小于电子磁矩的

4、千分之一。但小于电子磁矩的千分之一。4.分子磁矩分子磁矩 电子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核的磁矩的总和，叫电子轨道磁矩，电子自旋磁矩，原子核的磁矩的总和，叫分子分子磁矩。磁矩。某某些些分分子子在在正正常常情情况况下下,其其磁磁矩矩的的矢矢量量和和一一定定，称称为为分分子子的的固固有磁矩有磁矩。抗磁质抗磁质无外场作用时，对外不显磁性。无外场作用时，对外不显磁性。顺磁质顺磁质无外场作用时，由于热运动，对外也无外场作用时，由于热运动，对外也不显磁性不显磁性 外场与分子磁矩外场与分子磁矩 m 同向同向 外场与外场与分子分子磁矩磁矩m反向反向相当于在原来的相当于在原来的 上附加了一反向磁矩上附加了一反

5、向磁矩相当于在原来的相当于在原来的 上附加了一同向磁矩上附加了一同向磁矩(1)分子磁矩方向变化分子磁矩方向变化 磁矩将转向外场方向。磁矩将转向外场方向。(2)分子磁矩大小变化分子磁矩大小变化 结论：结论：附加的附加的总是与外场方向相反总是与外场方向相反5.磁场对磁介质分子的作用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

6、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。抗抗磁磁质质顺顺磁磁质质抗抗磁磁质质束缚电流束缚电流束束缚缚电电流流L L顺磁顺磁质质133.磁化强度磁化强度(1)定义定义:体积元内第体积元内第i个分子的磁矩个分子的磁矩的单位：的单位：A/m (2)实验表明：实验表明：对于各向同性的顺磁质和抗磁质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以及铁磁质在磁场较弱时)，为介质中磁场为介质中磁场的磁感应强度的磁感应强度对比对比 电介质电介质14 推导：推导：L i S磁介质磁介质S放大放大穿过穿过L所围曲面所围曲面 S 的磁化电流的磁化电流则套住则套住 dl 的分子电流：的分子电

7、流：设分子浓度为设分子浓度为 n，4.磁化强度与磁化强度与束缚电流的关系束缚电流的关系15介质表面磁化电流密度：介质表面磁化电流密度：选选磁化面电流密度磁化面电流密度若 平行于表面，则j=M 考虑到方向163.磁化规律磁化规律(实验规律实验规律)各向同性线性磁介质各向同性线性磁介质介质的介质的磁磁化率化率对比对比 电介质电介质极极化率化率与磁介质内任意闭合路径L铰链的总束缚电流17磁化强度磁化强度磁化强度与磁化电流的关系磁化强度与磁化电流的关系极化强度极化强度对比电介质对比电介质18各向同性线性磁介质各向同性线性磁介质 磁导率磁导率令令则有则有将将代入代入得得对比对比各向同性线性各向同性线性电

8、介质电介质19 4 H的环路定理的环路定理 1.1.磁介质内的磁介质内的总磁感强度总磁感强度自由电流自由电流 介质磁化的介质磁化的束缚电流束缚电流总磁感强度总磁感强度202.的环路定理的环路定理由安培环路定律由安培环路定律(1)如图所示如图所示又因为又因为所以所以磁磁介介质质L21(2)磁场强度磁场强度定义磁场强度定义磁场强度对各向同性磁介质对各向同性磁介质(3)的环路定理的环路定理23例例 一一无无限限长长直直螺螺线线管管，单单位位长长度度上上的的匝匝数数为为n，螺螺线线管管内内充充满满相相对对磁磁导导率率为为 的的均均匀匀磁磁介介质质。今今在在导导线线内内通通以以电电流流I，求求管管内内磁

9、磁感感应强度和磁介质表面的面束缚电流密度。应强度和磁介质表面的面束缚电流密度。解：解：如图如图充充满满介介质质后后，管管内内磁磁场场应应均均匀匀，其其方方向向平平行行于于轴轴线线，管管外磁场为零外磁场为零24则有则有:根据根据H的环路定理的环路定理又又25顺磁质：顺磁质：，束缚电流方向与自由电流方向相同，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铁磁质：，管内磁场主要由束缚电流产生由此可见由此可见26一一根根长长直直单单芯芯电电缆缆的的芯芯是是一一半半径径为为R的的金金属属导导体体，它它与与

10、导导电电外外壁壁间间充充满满相相对对磁磁导导率率为为 的的均均匀匀介介质质.电电流流I均均匀匀流流过过芯芯的的横横截截面面并并沿沿电电缆缆外外壁壁流流回回.求求磁磁介介质质中中磁磁感感应应强强度度的的分分布布和和紧紧贴导体芯的磁介质表面上的束缚电流贴导体芯的磁介质表面上的束缚电流作业作业求：求：例例 厚厚 2h 的无限大均匀各向同性介质平板，的无限大均匀各向同性介质平板，相对磁导率相对磁导率 r，传导电流密度为传导电流密度为 。解：解：任一与任一与 yz 面平行的面平行的平面是系统的镜面：平面是系统的镜面：分析对称性：分析对称性：沿沿 x、z 轴方向平移任意距离的平移对称性：轴方向平移任意距离

11、的平移对称性：x yj0 rhzhxz 面是系统的镜面：面是系统的镜面：也具有相同性质：也具有相同性质：xyj0 rhzhL y-y l板外：板外：对矩形回路对矩形回路 L有：有：板内：板内：对矩形回路对矩形回路 L 有：有：xyj0 rhzhL l y-y磁化面电流密度磁化面电流密度上表面：上表面：下表面：下表面：xyj0hzh为何上下表面磁化面电流总和不为为何上下表面磁化面电流总和不为0？思考：思考：31作业：作业：无传导电流处无传导电流处 也无磁化电流。也无磁化电流。证明在各向同性均匀磁介质内证明在各向同性均匀磁介质内32 5 铁磁质铁磁质1.磁化曲线磁化曲线(1)环状铁芯被磁化环状铁芯

12、被磁化改变改变I，可以得多组，可以得多组H和和B的值，由此可绘磁化曲线的值，由此可绘磁化曲线1.r 1 可使原场大幅度增加。可使原场大幅度增加。2.r与磁化历史有关与磁化历史有关 B-H 非线性。非线性。a HcaB HB0HBSb磁化过程磁化过程可逆可逆H H 0bH c不可逆不可逆不可逆不可逆(2)铁磁质中的铁磁质中的B和和 随随H变化的磁化曲线变化的磁化曲线 OBHACDB.EF.HCBs.BrHs.初始磁初始磁化曲线化曲线Br剩剩 磁磁.HsBs.饱和磁感应强度饱和磁感应强度矫顽力矫顽力HC磁滞回线磁滞回线352.软磁材料软磁材料 硬磁材料硬磁材料很小很小,磁滞回线瘦磁滞回线瘦,如图如

13、图(a),常用来常用来做电磁铁等的铁芯做电磁铁等的铁芯软磁材料软磁材料:较大较大,磁滞回线较胖磁滞回线较胖,如图如图(b),常用来常用来做计算机的铁芯做计算机的铁芯硬磁材料硬磁材料:3.居里点居里点TcTc:铁磁铁磁质质特性消失成为顺磁特性消失成为顺磁质的质的转变转变温度。温度。例如例如 铁的铁的Tc:1040K 钴的钴的Tc:1390K 1.软磁材料软磁材料Hc 小（小（2，则则 1 2 磁感应线的磁感应线的“折射折射”48在在 很大的铁磁质中，很大的铁磁质中，线几乎平行于表面。线几乎平行于表面。一铁管在磁场中一铁管在磁场中 B线的分布图，线的分布图，实现了实现了磁屏蔽磁屏蔽。精密探头、显象管等都需要磁屏蔽。精密探头、显象管等都需要磁屏蔽。铁管（铁管（板面）板面）磁感应线沿铁走，铁磁感应线沿铁走，铁磁质有聚集磁感应线磁质有聚集磁感应线于其内部的性质。于其内部的性质。r铁铁 1