第七章 磁介质

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1、主讲：李泽涛电磁学物理学及电子信息工程系lizetao163@163.com一、磁介质存在时静磁场的基本规律二、顺磁质与抗磁质三、铁磁性与铁磁质四、磁路及其计算第七章磁介质物理学及电子信息工程系一、磁介质在磁场作用下能发生变化并能反过来影响磁场的媒质叫做磁介质。事实上，在磁场中的所有实物物质都会发生变化,都是磁介质。第一节磁介质存在时静磁场的基本规律§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系在前两章里讨论电流的磁场和电磁感应的时候,我们都假定导体以外是真空,或者不存在磁性物质(磁介质)。然而在实际中大多数情况下电感器件(如镇流器、变压器、电动机和发电机)的线圈中都有铁芯

2、。铁芯起什么作用呢？右图中当初级线圈电路中接通或断开时，就在次级线圈中产生一定的感应电流。如果我们在线圈中加一软铁棒。重复上述实验就会发现，次级线圈中的感应电流大大增强了。我们知道，感应电流的强度是与磁通量的时间变化率成正比的。上述实验表明，铁芯可以使线圈中的磁通量大大增加。§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系有关磁介质(铁芯)磁化的理论,有两种不同的观点——分子电流观点和磁荷观点。两种观点假设的微观模型不同,从而赋予磁感应强度和磁场强度的意义也不同，但是最后得到的宏观规律的表达形式完全一样,因而计算的结果也完全一样。在这种意义下两种观点是等价的。我们只考虑分子环

3、流观点。二、两种观点§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系三、磁介质的磁化磁化：磁介质在磁场的作用下产生附加磁场的现象叫做磁介质的磁化。微观解释：无外磁场时，各分子环流取向杂乱无章，它们的磁矩互相抵消，宏观上不显磁性，处于未磁化状态。§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系加上外磁场以后，各分子环流的磁矩在磁力矩作用下，一定程度上沿着磁场的方向排列起来，这时软铁棒被磁化了。由图可以看出，内部任何两个分子环流方向总是彼此相反，它们的效果相互抵消。只有在横截面边缘上各段电流元未被抵消，宏观上看来，这横截面内所有分子环流的总体与沿截面边缘的一个大环形电流

4、等效。§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系磁化电流：磁介质因磁化而出现的宏观电流。无带电粒子的宏观运动，它起源于电荷的微观运动，正是这个磁化电流产生了附加磁场。整体看来，磁化了的软铁棒就象一个由磁化电流组成的“螺线管”。这个磁化电流的“螺线管”产生的磁感应强度的方向与磁化场的方向一致，因而在棒内的总磁感应强度增强了。B0磁介质内的总磁场§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系四、磁化强度单位体积内分子磁矩的矢量和称作磁介质的磁化强度。M的单位安每米（A/m）磁化强度矢量是一个能够反映磁介质磁化状态或磁化程度的物理量。——为分子磁矩§7.1磁介质存

5、在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系五、磁化电流与磁化强度之间的关系以顺磁质为例,等效分子电流为iM，面积为a，分子磁矩为,与方向相同。任取一微小矢量元，它与磁感应强度的夹角为，则与套住的分子电流的中心都是位于以为轴、a为底面积的斜柱体内。未被C链串的分子对S上的磁化电流无贡献§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系若单位体积内的分子数为n，则与套连的总分子电流为分子电流单位体积分子数斜圆柱体体积§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系在磁介质内，任一面积S上的磁化电流等于磁化强度沿该曲面周界L的线积分，即磁化强度的环流L§7.1磁介质存在时

6、静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系六、磁化电流的面密度与体密度在均匀磁介质内部无磁化电流体分布，只有在均匀磁介质表面上和两种不同均匀磁介质的交界面上才存在着面分布的磁化电流。面电流的分布可以用面电流密度iM描写。通过与电流方向垂直的单位长度的面磁化电流强度叫做面磁化电流密度。§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系因所以即而当介质1为真空时：§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系对于非均匀磁介质，其内部存在体分布磁化电流，设磁化电流体密度为。斯托克斯定律磁化电流体密度等于磁化强度的旋度。

7、则§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系例：计算均匀磁化介质球的磁化电流在轴线上所产生的磁场§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系七、磁场强度有磁介质安培环路定理对回路abcd应用环路定理令称为磁场强度单位安每米（A/m）§7.1磁介质存在时静磁场的基本规律物理学及电子信息工程系①的环流仅由传导电流决定，但本身还与介质中的磁化电流有关。但当均匀磁