电磁学六1.ppt

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1、研究方法与电介质类比磁场磁场磁介质磁介质磁化磁化后果影响外场后果影响外场场对介质的作用和介质的磁化互相影响、互相制约场对介质的作用和介质的磁化互相影响、互相制约研究方法研究方法:磁荷观点磁荷观点分子电流观点分子电流观点(安培分子环流假说安培分子环流假说)分子电流分子电流（安培）（安培）磁介质的磁介质的“分子分子”相当于一个相当于一个环形电流环形电流，是电荷的某，是电荷的某种运动形成的，它没有像导体中电流所受的阻力，分种运动形成的，它没有像导体中电流所受的阻力，分子的环形电流具有磁矩子的环形电流具有磁矩分子磁矩，在外磁场的作分子磁矩，在外磁场的作用下可以改变方向用下可以改变方向安培假设的重要性安

2、培假设的重要性把种种磁相互作用归结为电流把种种磁相互作用归结为电流电流相互作用，建立了安培电流相互作用，建立了安培定律定律磁作用理论磁作用理论以以“分子电流分子电流”模型取代磁荷模型，从根本上揭示了物质极模型取代磁荷模型，从根本上揭示了物质极化与磁化的内在联系化与磁化的内在联系在安培时代，对物质的分子、原子结构还很肤浅，电子尚未发在安培时代，对物质的分子、原子结构还很肤浅，电子尚未发现。所谓的现。所谓的分子分子泛指介质的微观基本单元。泛指介质的微观基本单元。现代的观点现代的观点分子磁矩分子磁矩（矢量和）（矢量和）轨道磁矩轨道磁矩由各电子绕原子核的轨道运动决定由各电子绕原子核的轨道运动决定自旋磁

3、矩自旋磁矩由核外各电子的自旋的运动决定由核外各电子的自旋的运动决定磁化：磁化：就是在外磁场作用下大量分子电流就是在外磁场作用下大量分子电流混乱分布（无序）混乱分布（无序）整齐排列（有序）整齐排列（有序）每一个分子电流提供一个分子磁矩每一个分子电流提供一个分子磁矩磁化了的介质内分子磁矩矢量和磁化了的介质内分子磁矩矢量和分子磁矩的整齐排列贡献宏观上分子磁矩的整齐排列贡献宏观上的磁化电流的磁化电流 （虽然不同的磁介（虽然不同的磁介质的磁化机制不同）质的磁化机制不同）磁化强度矢量磁化强度矢量描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强度）描述磁介质的磁化状态（磁化方向和强度）单位体积内分子磁矩的矢量和单位体积内

4、分子磁矩的矢量和磁化强度矢量磁化强度矢量与与磁化电流磁化电流关系关系磁化强度矢量沿任意闭合回路磁化强度矢量沿任意闭合回路 L 的积分等于通过的积分等于通过以以 L 为周界的曲面为周界的曲面 S 的磁化电流的代数和，即的磁化电流的代数和，即通通过过以以L为为界界S面面内内全全部部分分子子电电流流的代数和的代数和证明证明:把每个宏观体积元内的分子看成是完全一样的把每个宏观体积元内的分子看成是完全一样的电流环，具有同样的面积电流环，具有同样的面积 a、取向和电流、取向和电流 I，从而具有，从而具有相同的磁矩，即用平均分子磁矩代替每一个分子的真相同的磁矩，即用平均分子磁矩代替每一个分子的真实磁矩实磁矩

5、 设单位体积内的分子环流数为设单位体积内的分子环流数为n，则磁化强度，则磁化强度设想在磁介质中划出任意一宏观面设想在磁介质中划出任意一宏观面S 来考察：令其周来考察：令其周界线为界线为L，则介质中的分子环流分为三类，则介质中的分子环流分为三类 不与不与 S 相交相交A 整个为整个为S所切割，即分子电所切割，即分子电 流流与与S相交两次相交两次B被被L穿过的分子电流，即与穿过的分子电流，即与 S相交一次相交一次CA 与与 B 对对 S 面总电流无贡献，面总电流无贡献，只有只有 C 有贡献有贡献在在 L 上取一线元上取一线元dl,以以 dl 为轴为轴线，线，a为底，作一圆柱体为底，作一圆柱体,体积

6、为体积为 V=a dl cos ，凡是中心处在凡是中心处在 V 内的分子环流都内的分子环流都为为 dl 所穿过所穿过，V 内共有分子数内共有分子数对通过面对通过面S的分子电流的贡献的分子电流的贡献沿闭合回路沿闭合回路L L积分得普遍关系积分得普遍关系介质均匀磁化：介质均匀磁化：M为常数为常数 ，内部没有磁化电流，内部没有磁化电流，磁化电流只分布在介质表面磁化电流只分布在介质表面磁化强度矢量磁化强度矢量与与表面磁化电流表面磁化电流关系关系表面磁化表面磁化电流密度电流密度证明证明：在介质表面取闭合回路，在介质表面取闭合回路，穿过回路的磁化电流穿过回路的磁化电流传导电流传导电流:载流子的定向流动，是

7、电荷迁移的结果，会载流子的定向流动，是电荷迁移的结果，会产生焦耳热产生焦耳热.磁化电流磁化电流:磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电磁介质受到磁场作用后被磁化的后果，是大量分子电流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是流叠加形成的在宏观范围内流动的电流，是大量分子大量分子电流统计平均的宏观效果电流统计平均的宏观效果.不能传导，束缚在介质内部，也叫束缚电流。不能传导，束缚在介质内部，也叫束缚电流。各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流未被抵各向同性的磁介质只有介质表面处，分子电流未被抵消，形成磁化电流消，形成磁化电流分子电流运行无阻力，即分子电流运行无阻力，即无热效应无热效应相同之处相

8、同之处：同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律同样可以产生磁场，遵从电流产生磁场规律,既满足毕奥既满足毕奥-萨伐尔定律萨伐尔定律2.2.磁介质内的磁感应强度磁介质内的磁感应强度例：例：长为长为 L，直径为，直径为 d 的均匀磁介质圆柱体在外磁的均匀磁介质圆柱体在外磁场中沿轴线被均匀磁化，磁化强度矢量为场中沿轴线被均匀磁化，磁化强度矢量为 M，求，求(1)圆柱表面的磁化电流圆柱表面的磁化电流;(2);(2)柱轴线上中点处的附加磁柱轴线上中点处的附加磁感应强度矢量感应强度矢量解解:先求出磁化电流先求出磁化电流 与有限长密绕螺线管类比与有限长密绕螺线管类比可以用计算载流螺线管内磁场的公式计算可以用计

9、算载流螺线管内磁场的公式计算 对轴线中点对轴线中点所以附加场所以附加场讨论讨论：无限长磁介质圆柱体无限长磁介质圆柱体薄磁介质圆片薄磁介质圆片3.3.磁场强度矢量磁场强度矢量 与有磁介质时的与有磁介质时的 安培环路定理和安培环路定理和高斯高斯定理定理有磁介质时的磁场性质有磁介质时的磁场性质产生产生使介质磁化使介质磁化产生附加场产生附加场传导电流传导电流产生产生磁化电流磁化电流产生产生+总磁场遵从的规律总磁场遵从的规律高斯高斯定理定理磁场强度矢量磁场强度矢量满足的安培环路定理：满足的安培环路定理：磁场强度磁场强度 沿任意闭合环路的线积分总等于穿过以闭沿任意闭合环路的线积分总等于穿过以闭合环路为周界的任意曲面的合环路为周界的任意曲面的传导传导电流强度的代数和。电流强度的代数和。真空中：真空中：磁场强度的单位：磁场强度的单位：